WO2021153317A1 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents
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Definitions
- One aspect of the present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method.
- Patent Document 1 describes a laser processing device including a holding mechanism for holding a work and a laser irradiation mechanism for irradiating a work held by the holding mechanism with a laser beam.
- a laser irradiation mechanism having a condensing lens is fixed to the base, and the movement of the work along the direction perpendicular to the optical axis of the condensing lens is performed by the holding mechanism. Will be implemented.
- a modified region may be formed along a virtual surface inside the object by irradiating the object with a laser beam.
- a part of the object is peeled off with the modified region extending over the virtual surface and the crack extending from the modified region as a boundary.
- tact-up reduction of working time
- one aspect of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of realizing tact-up when a modified region is formed along a virtual surface inside an object.
- the laser processing apparatus is laser processing that forms a modified region along a virtual surface inside the object by irradiating the object with a part of the condensing region and irradiating the laser beam.
- a support part that supports an object, an irradiation part that irradiates the object with laser light, and a support part so that a part of the condensing area moves along a virtual surface inside the object.
- the present inventors have made extensive studies, and when forming a modified region along the virtual surface, if the shape of a part of the focused region of the laser beam has a longitudinal direction in the plane along the virtual surface, the modification is made. It was found that the crack extending from the quality region along the virtual plane tends to extend in the longitudinal direction. Therefore, in the laser machining apparatus according to one aspect of the present invention, the machining progress direction is set by setting the direction intersecting the moving direction of a part of the condensing region (hereinafter, also referred to as "machining progress direction") as the longitudinal direction. It is possible to facilitate the growth of cracks in the direction of intersection with and to promote the growth of cracks along the virtual surface. Therefore, for example, even if the distance between the reforming spots in the reforming region in the direction intersecting the machining progress direction is widened, the cracks can be sufficiently propagated along the virtual surface. As a result, it becomes possible to realize tact-up.
- the longitudinal direction may be a direction inclined by 45 ° or more with respect to the moving direction of a part of the condensing region. In this case, the growth of cracks along the virtual surface can be further promoted.
- the longitudinal direction may be a direction perpendicular to the moving direction of a part of the condensing region. In this case, the growth of cracks along the virtual surface can be further promoted.
- the shape of a part of the condensing region may be a shape having an ellipticity of 0.88 to 0.95. In this case, the growth of cracks along the virtual surface can be further promoted.
- the control unit relatively moves a part of the condensing region along a machining line extending spirally from the peripheral edge to the inside of the object.
- a modified region may be formed inside the object.
- At least one of information on the shape of a part of the condensing region, information on the inclination of a part of the condensing region with respect to the moving direction, and information on the setting of the molded portion may be provided, and the control unit may control the support unit, the irradiation unit, and the moving mechanism based on the input of the input unit.
- the control unit may control the support unit, the irradiation unit, and the moving mechanism based on the input of the input unit.
- the laser processing method is a laser processing method for forming a modified region along a virtual surface inside an object by irradiating the object with a part of a condensing region and irradiating the laser beam.
- the method is an irradiation step of irradiating the object with a laser beam, and a support portion and the object supporting the object so that a part of the condensing region moves along the virtual surface inside the object.
- a moving step of moving at least one of the irradiating portions to irradiate the laser beam is provided, and the irradiating step is such that the shape of a part of the condensing region in the plane perpendicular to the optical axis of the laser beam has a longitudinal direction. It has a molding step of molding a laser beam, and the longitudinal direction is a direction intersecting the moving direction of a part of the condensing region.
- a laser processing apparatus and a laser processing method capable of realizing tact-up when a modified region is formed along a virtual surface inside an object.
- FIG. 1 is a perspective view of the laser processing apparatus of the embodiment.
- FIG. 2 is a front view of a part of the laser processing apparatus shown in FIG.
- FIG. 3 is a front view of the laser processing head of the laser processing apparatus shown in FIG.
- FIG. 4 is a side view of the laser machining head shown in FIG.
- FIG. 5 is a configuration diagram of an optical system of the laser processing head shown in FIG.
- FIG. 6 is a block diagram of the optical system of the laser processing head of the modified example.
- FIG. 7 is a front view of a part of the laser processing apparatus of the modified example.
- FIG. 8 is a perspective view of the laser processing apparatus of the modified example.
- FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus according to the first embodiment.
- FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus according to the first embodiment.
- FIG. 10A is a plan view showing an example of an object.
- FIG. 10B is a side view of the object shown in FIG. 10A.
- FIG. 11A is a side view of an object for explaining the laser machining according to the embodiment.
- 11 (b) is a plan view of an object showing the continuation of FIG. 11 (a).
- 11 (c) is a side view of the object shown in FIG. 11 (b).
- 12 (a) is a side view of an object showing the continuation of FIG. 11 (b).
- 12 (b) is a plan view of an object showing the continuation of FIG. 12 (a).
- 13 (a) is a plan view of an object showing the continuation of FIG. 12 (b).
- 13 (b) is a side view of the object shown in FIG. 13 (a).
- FIG. 13 (c) is a side view of an object showing the continuation of FIG. 13 (b).
- 14 (a) is a plan view of an object showing the continuation of FIG. 13 (c).
- 14 (b) is a side view of the object shown in FIG. 14 (a).
- 14 (c) is a side view of an object showing the continuation of FIG. 14 (a).
- 14 (d) is a side view of an object showing the continuation of FIG. 14 (c).
- FIG. 15 is a plan view of an object for explaining the peeling process.
- FIG. 16A is a diagram showing a beam shape according to the present embodiment.
- FIG. 16B is a diagram showing a beam shape according to a modified example.
- FIG. 16A is a diagram showing a beam shape according to the present embodiment.
- FIG. 16B is a diagram showing a beam shape according to a modified example.
- FIG. 16A is a diagram showing a beam shape according to the present embodiment.
- FIG. 16B is a
- FIG. 17A is a plan sectional view of an object for explaining the peeling processing result according to the comparative example using the laser beam having a circular beam shape.
- FIG. 17B is a plan sectional view of an object for explaining the peeling processing result according to the present embodiment using a beam-shaped laser beam having an elliptical shape and a beam rotation angle of 90 °.
- FIG. 18 is a plan view of an object for explaining the branch distance X and the branch distance Y.
- FIG. 19A is a diagram showing the relationship between the ellipticity and the beam shape.
- FIG. 19B is a diagram showing the ellipticity, the beam rotation angle, and the occurrence rate of the slicing full-cut state.
- FIG. 19A is a diagram showing the relationship between the ellipticity and the beam shape.
- FIG. 19B is a diagram showing the ellipticity, the beam rotation angle, and the occurrence rate of the slicing full-cut state.
- FIG. 20 is a diagram showing a case where the beam rotation angle of the elliptical beam shape is 0 °.
- FIG. 21 is a diagram showing a case where the beam rotation angle of the elliptical beam shape is 60 °.
- FIG. 22 is a diagram showing an example of a setting screen displayed on the touch panel of the GUI.
- FIG. 23 is a diagram showing another example of the setting screen displayed on the touch panel of the GUI.
- the laser machining apparatus 1 includes a plurality of moving mechanisms 5 and 6, a support portion 7, a pair of laser machining heads 10A and 10B, a light source unit 8, and a control unit 9.
- the first direction is referred to as the X direction
- the second direction perpendicular to the first direction is referred to as the Y direction
- the third direction perpendicular to the first direction and the second direction is referred to as the Z direction.
- the X direction and the Y direction are horizontal directions
- the Z direction is a vertical direction.
- the moving mechanism 5 has a fixed portion 51, a moving portion 53, and a mounting portion 55.
- the fixing portion 51 is attached to the device frame 1a.
- the moving portion 53 is attached to a rail provided on the fixed portion 51, and can move along the Y direction.
- the mounting portion 55 is mounted on a rail provided on the moving portion 53, and can move along the X direction.
- the moving mechanism 6 has a fixed portion 61, a pair of moving portions 63, 64, and a pair of mounting portions 65, 66.
- the fixing portion 61 is attached to the device frame 1a.
- Each of the pair of moving portions 63 and 64 is attached to a rail provided on the fixed portion 61, and each of them can move independently in the Y direction.
- the mounting portion 65 is mounted on a rail provided on the moving portion 63, and can move along the Z direction.
- the mounting portion 66 is mounted on a rail provided on the moving portion 64 and can move along the Z direction. That is, with respect to the device frame 1a, each of the pair of mounting portions 65 and 66 can move along the Y direction and the Z direction, respectively.
- Each of the moving portions 63 and 64 constitutes a first and second horizontal moving mechanism (horizontal moving mechanism), respectively.
- Each of the mounting portions 65 and 66 constitutes a first and second vertical movement mechanism (vertical movement mechanism), respectively.
- the support portion 7 is attached to a rotating shaft provided in the mounting portion 55 of the moving mechanism 5, and can rotate with an axis parallel to the Z direction as the center line. That is, the support portion 7 can move along each of the X direction and the Y direction, and can rotate with the axis parallel to the Z direction as the center line.
- the support portion 7 supports the object 100.
- the object 100 is, for example, a wafer.
- the laser machining head 10A is attached to the attachment portion 65 of the moving mechanism 6.
- the laser processing head 10A irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with the laser beam L1 (also referred to as “first laser beam L1”) in a state of facing the support portion 7 in the Z direction.
- the laser machining head 10B is attached to the attachment portion 66 of the moving mechanism 6.
- the laser processing head 10B irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with the laser beam L2 (also referred to as “second laser beam L2”) in a state of facing the support portion 7 in the Z direction.
- the laser processing heads 10A and 10B form an irradiation unit.
- the light source unit 8 has a pair of light sources 81 and 82.
- the light source 81 outputs the laser beam L1.
- the laser beam L1 is emitted from the exit portion 81a of the light source 81, and is guided to the laser processing head 10A by the optical fiber 2.
- the light source 82 outputs the laser beam L2.
- the laser beam L2 is emitted from the exit portion 82a of the light source 82, and is guided to the laser processing head 10B by another optical fiber 2.
- the control unit 9 controls each unit (support unit 7, a plurality of moving mechanisms 5, 6, a pair of laser processing heads 10A, 10B, a light source unit 8, etc.) of the laser processing device 1.
- the control unit 9 is configured as a computer device including a processor, a memory, a storage, a communication device, and the like.
- the software (program) read into the memory or the like is executed by the processor, and the reading and writing of data in the memory and the storage and the communication by the communication device are controlled by the processor.
- the control unit 9 realizes various functions.
- An example of processing by the laser processing apparatus 1 configured as described above will be described.
- An example of this processing is an example in which a modification region is formed inside the object 100 along a plurality of lines set in a grid pattern in order to cut the object 100, which is a wafer, into a plurality of chips.
- the moving mechanism 5 moves the support portion 7 along the X direction and the Y direction so that the support portion 7 supporting the object 100 faces the pair of laser machining heads 10A and 10B in the Z direction. To move. Subsequently, the moving mechanism 5 rotates the support portion 7 with the axis parallel to the Z direction as the center line so that the plurality of lines extending in one direction in the object 100 are along the X direction.
- the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Y direction so that the condensing point (a part of the condensing region) of the laser beam L1 is located on one line extending in one direction. Move. On the other hand, the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Y direction so that the condensing point of the laser beam L2 is located on another line extending in one direction. Subsequently, the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Z direction so that the condensing point of the laser beam L1 is located inside the object 100. On the other hand, the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Z direction so that the focusing point of the laser beam L2 is located inside the object 100.
- the light source 81 outputs the laser beam L1 and the laser processing head 10A irradiates the object 100 with the laser beam L1, the light source 82 outputs the laser beam L2, and the laser processing head 10B lasers the object 100. Irradiate light L2.
- the focusing point of the laser beam L1 moves relatively along one line extending in one direction, and the focusing point of the laser beam L2 is relative to the other line extending in one direction.
- the moving mechanism 5 moves the support portion 7 along the X direction so as to move in a targeted manner. In this way, the laser machining apparatus 1 forms a modified region inside the object 100 along each of the plurality of lines extending in one direction in the object 100.
- the moving mechanism 5 rotates the support portion 7 with the axis parallel to the Z direction as the center line so that a plurality of lines extending in the other direction orthogonal to one direction of the object 100 are along the X direction. ..
- the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Y direction so that the condensing point of the laser beam L1 is located on one line extending in the other direction.
- the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Y direction so that the condensing point of the laser beam L2 is located on another line extending in the other direction.
- the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Z direction so that the condensing point of the laser beam L1 is located inside the object 100.
- the moving mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Z direction so that the focusing point of the laser beam L2 is located inside the object 100.
- the light source 81 outputs the laser beam L1 and the laser processing head 10A irradiates the object 100 with the laser beam L1, the light source 82 outputs the laser beam L2, and the laser processing head 10B lasers the object 100. Irradiate light L2.
- the focusing point of the laser beam L1 moves relatively along one line extending in the other direction, and the focusing point of the laser beam L2 is relative to the other line extending in the other direction.
- the moving mechanism 5 moves the support portion 7 along the X direction so as to move in a targeted manner. In this way, the laser machining apparatus 1 forms a modified region inside the object 100 along each of a plurality of lines extending in the other direction orthogonal to one direction in the object 100.
- the light source 81 outputs the laser beam L1 having transparency to the object 100 by, for example, a pulse oscillation method, and the light source 82 is directed to the object 100 by, for example, a pulse oscillation method.
- the laser beam L2 having transparency is output.
- the laser light is focused inside the object 100, the laser light is particularly absorbed at the portion corresponding to the focusing point of the laser light, and a modified region is formed inside the object 100.
- the modified region is a region in which the density, refractive index, mechanical strength, and other physical properties are different from those of the surrounding non-modified region. Examples of the modified region include a melt processing region, a crack region, a dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like.
- a plurality of modified spots are lined up. It is formed so as to line up in a row along the line.
- One modified spot is formed by irradiation with one pulse of laser light.
- a modification region in one row is a set of a plurality of modification spots arranged in one row. Adjacent modified spots may be connected to each other or separated from each other depending on the relative moving speed of the focusing point of the laser light with respect to the object 100 and the repetition frequency of the laser light.
- the shape of the line to be set is not limited to a grid shape, and may be an annular shape, a straight line shape, a curved line shape, or a shape in which at least one of these is combined. [Laser machining head configuration]
- the laser processing head 10A includes a housing 11, an incident portion 12, an adjusting portion 13, and a condensing portion 14.
- the housing 11 has a first wall portion 21, a second wall portion 22, a third wall portion 23 and a fourth wall portion 24, and a fifth wall portion 25 and a sixth wall portion 26.
- the first wall portion 21 and the second wall portion 22 face each other in the X direction.
- the third wall portion 23 and the fourth wall portion 24 face each other in the Y direction.
- the fifth wall portion 25 and the sixth wall portion 26 face each other in the Z direction.
- the distance between the third wall portion 23 and the fourth wall portion 24 is smaller than the distance between the first wall portion 21 and the second wall portion 22.
- the distance between the first wall portion 21 and the second wall portion 22 is smaller than the distance between the fifth wall portion 25 and the sixth wall portion 26.
- the distance between the first wall portion 21 and the second wall portion 22 may be equal to the distance between the fifth wall portion 25 and the sixth wall portion 26, or the fifth wall portion 25 and the sixth wall portion 26. It may be larger than the distance to the part 26.
- the first wall portion 21 is located on the side opposite to the fixed portion 61 of the moving mechanism 6, and the second wall portion 22 is located on the fixed portion 61 side.
- the third wall portion 23 is located on the mounting portion 65 side of the moving mechanism 6, and the fourth wall portion 24 is located on the opposite side of the mounting portion 65 and on the laser machining head 10B side (FIG. 6). 2).
- the fifth wall portion 25 is located on the side opposite to the support portion 7, and the sixth wall portion 26 is located on the support portion 7 side.
- the housing 11 is configured so that the housing 11 can be mounted on the mounting portion 65 with the third wall portion 23 arranged on the mounting portion 65 side of the moving mechanism 6. Specifically, it is as follows.
- the mounting portion 65 has a base plate 65a and a mounting plate 65b.
- the base plate 65a is attached to a rail provided on the moving portion 63 (see FIG. 2).
- the mounting plate 65b is erected at the end of the base plate 65a on the laser machining head 10B side (see FIG. 2).
- the housing 11 is attached to the mounting portion 65 by screwing the bolt 28 into the mounting plate 65b via the pedestal 27 in a state where the third wall portion 23 is in contact with the mounting plate 65b.
- the pedestal 27 is provided on each of the first wall portion 21 and the second wall portion 22.
- the housing 11 is removable from the mounting portion 65.
- the incident portion 12 is attached to the fifth wall portion 25.
- the incident portion 12 causes the laser beam L1 to enter the housing 11.
- the incident portion 12 is offset to the second wall portion 22 side (one wall portion side) in the X direction, and is offset to the fourth wall portion 24 side in the Y direction. That is, the distance between the incident portion 12 and the second wall portion 22 in the X direction is smaller than the distance between the incident portion 12 and the first wall portion 21 in the X direction, and the incident portion 12 and the fourth wall portion 24 in the Y direction.
- the distance to and from is smaller than the distance between the incident portion 12 and the third wall portion 23 in the X direction.
- the incident portion 12 is configured so that the connection end portion 2a of the optical fiber 2 can be connected.
- the connection end 2a of the optical fiber 2 is provided with a collimator lens that collimates the laser beam L1 emitted from the emission end of the fiber, and is not provided with an isolator that suppresses the return light.
- the isolator is provided in the middle of the fiber which is closer to the light source 81 than the connection end 2a. As a result, the connection end portion 2a is downsized, and the incident portion 12 is downsized.
- An isolator may be provided at the connection end 2a of the optical fiber 2.
- the adjusting unit 13 is arranged in the housing 11.
- the adjusting unit 13 adjusts the laser beam L1 incident from the incident unit 12.
- Each configuration of the adjusting unit 13 is attached to an optical base 29 provided in the housing 11.
- the optical base 29 is attached to the housing 11 so as to partition the region inside the housing 11 into a region on the third wall portion 23 side and a region on the fourth wall portion 24 side.
- the optical base 29 is integrated with the housing 11.
- Each configuration of the adjusting portion 13 is attached to the optical base 29 on the fourth wall portion 24 side. Details of each configuration of the adjusting unit 13 will be described later.
- the light collecting portion 14 is arranged on the sixth wall portion 26. Specifically, the light collecting portion 14 is arranged in the sixth wall portion 26 in a state of being inserted into the hole 26a formed in the sixth wall portion 26 (see FIG. 5).
- the condensing unit 14 condenses the laser beam L1 adjusted by the adjusting unit 13 and emits it to the outside of the housing 11.
- the light collecting portion 14 is offset to the second wall portion 22 side (one wall portion side) in the X direction, and is offset to the fourth wall portion 24 side in the Y direction.
- the distance between the condensing unit 14 and the second wall portion 22 in the X direction is smaller than the distance between the condensing unit 14 and the first wall portion 21 in the X direction, and the condensing unit 14 and the fourth in the Y direction.
- the distance to the wall portion 24 is smaller than the distance between the condensing portion 14 and the third wall portion 23 in the X direction.
- the adjusting unit 13 has an attenuator 31, a beam expander 32, and a mirror 33.
- the incident portion 12, the attenuator 31, the beam expander 32, and the mirror 33 of the adjusting portion 13 are arranged on a straight line (first straight line) A1 extending along the Z direction.
- the attenuator 31 and the beam expander 32 are arranged between the incident portion 12 and the mirror 33 on the straight line A1.
- the attenuator 31 adjusts the output of the laser beam L1 incident from the incident portion 12.
- the beam expander 32 expands the diameter of the laser beam L1 whose output is adjusted by the attenuator 31.
- the mirror 33 reflects the laser beam L1 whose diameter has been expanded by the beam expander 32.
- the adjusting unit 13 further includes a reflective spatial light modulator 34 and an imaging optical system 35.
- the reflective spatial light modulator 34, the imaging optical system 35, and the condensing unit 14 of the adjusting unit 13 are arranged on a straight line (second straight line) A2 extending along the Z direction.
- the reflective spatial light modulator 34 modulates the laser beam L1 reflected by the mirror 33.
- the reflective spatial light modulator 34 is, for example, a spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) of a reflective liquid crystal (LCOS: Liquid Crystal on Silicon).
- the imaging optical system 35 constitutes a bilateral telecentric optical system in which the reflecting surface 34a of the reflective spatial light modulator 34 and the entrance pupil surface 14a of the condensing unit 14 are in an imaging relationship.
- the imaging optical system 35 is composed of three or more lenses.
- the straight line A1 and the straight line A2 are located on a plane perpendicular to the Y direction.
- the straight line A1 is located on the second wall portion 22 side (one wall portion side) with respect to the straight line A2.
- the laser beam L1 enters the housing 11 from the incident portion 12, travels on the straight line A1, is sequentially reflected by the mirror 33 and the reflective spatial light modulator 34, and then the straight line A2. Proceeding upward, the light is emitted from the light collecting unit 14 to the outside of the housing 11.
- the order of arrangement of the attenuator 31 and the beam expander 32 may be reversed. Further, the attenuator 31 may be arranged between the mirror 33 and the reflective spatial light modulator 34. Further, the adjusting unit 13 may have other optical components (for example, a steering mirror arranged in front of the beam expander 32).
- the laser processing head 10A further includes a dichroic mirror 15, a measuring unit 16, an observing unit 17, a driving unit 18, and a circuit unit 19.
- the dichroic mirror 15 is arranged between the imaging optical system 35 and the condensing unit 14 on the straight line A2. That is, the dichroic mirror 15 is arranged between the adjusting unit 13 and the condensing unit 14 in the housing 11. The dichroic mirror 15 is attached to the optical base 29 on the fourth wall portion 24 side. The dichroic mirror 15 transmits the laser beam L1. From the viewpoint of suppressing astigmatism, the dichroic mirror 15 may be, for example, a cube type or a two-plate type arranged so as to have a twisting relationship.
- the measuring unit 16 is arranged in the housing 11 on the first wall 21 side (opposite to one wall side) with respect to the adjusting unit 13.
- the measuring unit 16 is attached to the optical base 29 on the side of the fourth wall unit 24.
- the measuring unit 16 outputs the measuring light L10 for measuring the distance between the surface of the object 100 (for example, the surface on the side where the laser light L1 is incident) and the condensing unit 14, and outputs the measuring light L10 via the condensing unit 14. ,
- the measurement light L10 reflected on the surface of the object 100 is detected.
- the measurement light L10 output from the measurement unit 16 irradiates the surface of the object 100 via the condensing unit 14, and the measurement light L10 reflected on the surface of the object 100 passes through the condensing unit 14. Is detected by the measuring unit 16.
- the measurement light L10 output from the measurement unit 16 is sequentially reflected by the beam splitter 20 and the dichroic mirror 15 attached to the optical base 29 on the fourth wall portion 24 side, and is reflected from the condensing unit 14. It is emitted to the outside of the housing 11.
- the measurement light L10 reflected on the surface of the object 100 is incident on the housing 11 from the condensing unit 14 and is sequentially reflected by the dichroic mirror 15 and the beam splitter 20, and is incident on the measurement unit 16 and is incident on the measurement unit 16. Is detected by.
- the observation unit 17 is arranged in the housing 11 on the first wall 21 side (opposite to one wall side) with respect to the adjustment unit 13.
- the observation unit 17 is attached to the optical base 29 on the side of the fourth wall unit 24.
- the observation unit 17 outputs the observation light L20 for observing the surface of the object 100 (for example, the surface on the side where the laser beam L1 is incident) and reflects the light L20 on the surface of the object 100 via the condensing unit 14.
- the observed light L20 is detected. That is, the observation light L20 output from the observation unit 17 irradiates the surface of the object 100 via the condensing unit 14, and the observation light L20 reflected on the surface of the object 100 passes through the condensing unit 14. Is detected by the observation unit 17.
- the observation light L20 output from the observation unit 17 passes through the beam splitter 20 and is reflected by the dichroic mirror 15, and is emitted from the light collection unit 14 to the outside of the housing 11.
- the observation light L20 reflected on the surface of the object 100 enters the housing 11 from the condensing unit 14, is reflected by the dichroic mirror 15, passes through the beam splitter 20 and is incident on the observation unit 17, and is incident on the observation unit 17. Detected at 17.
- the wavelengths of the laser light L1, the measurement light L10, and the observation light L20 are different from each other (at least the center wavelengths of the laser light L1 are deviated from each other).
- the drive unit 18 is attached to the optical base 29 on the side of the fourth wall unit 24.
- the driving unit 18 moves the condensing unit 14 arranged on the sixth wall unit 26 along the Z direction by, for example, the driving force of the piezoelectric element.
- the circuit unit 19 is arranged on the third wall portion 23 side with respect to the optical base 29 in the housing 11. That is, the circuit unit 19 is arranged in the housing 11 on the third wall portion 23 side with respect to the adjusting unit 13, the measuring unit 16, and the observing unit 17.
- the circuit unit 19 is, for example, a plurality of circuit boards.
- the circuit unit 19 processes the signal output from the measurement unit 16 and the signal input to the reflective spatial light modulator 34.
- the circuit unit 19 controls the drive unit 18 based on the signal output from the measurement unit 16.
- the circuit unit 19 is such that the distance between the surface of the object 100 and the condensing unit 14 is kept constant (that is, with the surface of the object 100) based on the signal output from the measuring unit 16.
- the drive unit 18 is controlled so that the distance of the laser beam L1 from the condensing point is kept constant).
- the housing 11 is provided with a connector (not shown) to which wiring for electrically connecting the circuit unit 19 to the control unit 9 (see FIG. 1) or the like is connected.
- the laser processing head 10B includes a housing 11, an incident unit 12, an adjusting unit 13, a condensing unit 14, a dichroic mirror 15, a measuring unit 16, and an observing unit 17.
- a drive unit 18 and a circuit unit 19 are provided.
- each configuration of the laser machining head 10B is a configuration of the laser machining head 10A with respect to a virtual plane passing through the midpoint between the pair of mounting portions 65 and 66 and perpendicular to the Y direction. It is arranged so as to have a plane-symmetrical relationship with.
- the fourth wall portion 24 is located on the laser machining head 10B side with respect to the third wall portion 23, and the sixth wall portion 26 is the fifth wall. It is attached to the attachment portion 65 so as to be located on the support portion 7 side with respect to the portion 25.
- the fourth wall portion 24 is located on the laser machining head 10A side with respect to the third wall portion 23, and the sixth wall portion 26 is the third. It is attached to the attachment portion 66 so as to be located on the support portion 7 side with respect to the 5 wall portion 25.
- the housing 11 of the laser machining head 10B is configured so that the housing 11 can be mounted on the mounting portion 66 with the third wall portion 23 arranged on the mounting portion 66 side. Specifically, it is as follows.
- the mounting portion 66 has a base plate 66a and a mounting plate 66b.
- the base plate 66a is attached to a rail provided on the moving portion 63.
- the mounting plate 66b is erected at the end of the base plate 66a on the laser machining head 10A side.
- the housing 11 of the laser machining head 10B is attached to the mounting portion 66 with the third wall portion 23 in contact with the mounting plate 66b.
- the housing 11 of the laser machining head 10B is removable from the mounting portion 66. [Action and effect]
- the size of the housing 11 can be reduced. Further, in the housing 11, the distance between the third wall portion 23 and the fourth wall portion 24 is smaller than the distance between the first wall portion 21 and the second wall portion 22, and the collection is arranged on the sixth wall portion 26. The light portion 14 is offset toward the fourth wall portion 24 in the Y direction. As a result, when the housing 11 is moved along the direction perpendicular to the optical axis of the condensing unit 14, for example, if another configuration (for example, the laser processing head 10B) is present on the fourth wall portion 24 side. Also, the condensing unit 14 can be brought closer to the other configuration. Therefore, the laser processing head 10A may move the condensing unit 14 along the direction perpendicular to its optical axis.
- the incident portion 12 is provided on the fifth wall portion 25, and is offset toward the fourth wall portion 24 in the Y direction.
- the area such as arranging another configuration (for example, the circuit unit 19) in the area on the third wall portion 23 side with respect to the adjusting portion 13 in the region in the housing 11. can.
- the condensing portion 14 is offset toward the second wall portion 22 in the X direction.
- the housing 11 is moved along the direction perpendicular to the optical axis of the condensing unit 14, for example, even if another configuration exists on the second wall portion 22 side, the housing 11 is collected in the other configuration.
- the light unit 14 can be brought closer.
- the incident portion 12 is provided on the fifth wall portion 25, and is offset toward the second wall portion 22 in the X direction.
- other configurations for example, the measuring unit 16 and the observing unit 17
- the measuring unit 16 and the observing unit 17 are arranged in the area on the first wall 21 side with respect to the adjusting unit 13 in the area in the housing 11, and the area is effectively used. It can be used.
- the measuring unit 16 and the observing unit 17 are arranged in a region on the first wall portion 21 side of the region in the housing 11 with respect to the adjusting portion 13, and the circuit unit 19 is arranged.
- the dichroic mirror 15 is arranged on the third wall portion 23 side with respect to the adjusting portion 13, and the dichroic mirror 15 is arranged between the adjusting portion 13 and the condensing portion 14 in the housing 11. ing.
- the area inside the housing 11 can be effectively used.
- processing based on the measurement result of the distance between the surface of the object 100 and the condensing unit 14 becomes possible.
- processing based on the observation result of the surface of the object 100 becomes possible.
- the circuit unit 19 controls the drive unit 18 based on the signal output from the measurement unit 16. Thereby, the position of the condensing point of the laser beam L1 can be adjusted based on the measurement result of the distance between the surface of the object 100 and the condensing portion 14.
- the incident portion 12, the attenuator 31, the beam expander 32, and the mirror 33 of the adjusting portion 13 are arranged on the straight line A1 extending along the Z direction, and the adjusting portion 13
- the reflective spatial light modulator 34, the imaging optical system 35, the condensing unit 14, and the condensing unit 14 are arranged on a straight line A2 extending along the Z direction.
- the straight line A1 is located on the second wall portion 22 side with respect to the straight line A2.
- another optical system using the condensing unit 14 for example, the measuring unit 16 and the observing unit 17.
- the condensing unit 14 of the laser processing head 10A is offset toward the laser processing head 10B in the housing 11 of the laser processing head 10A, and the condensing unit 14 of the laser processing head 10B is a laser.
- the housing 11 of the machining head 10B is offset toward the laser machining head 10A.
- each of the pair of mounting portions 65 and 66 moves along the Y direction and the Z direction, respectively. Thereby, the object 100 can be processed more efficiently.
- the support portion 7 moves along each of the X direction and the Y direction, and rotates about an axis parallel to the Z direction as a center line. Thereby, the object 100 can be processed more efficiently.
- the incident portion 12, the adjusting portion 13, and the condensing portion 14 may be arranged on a straight line A extending along the Z direction.
- the adjusting unit 13 can be configured compactly. In that case, the adjusting unit 13 does not have to have the reflective spatial light modulator 34 and the imaging optical system 35.
- the adjusting unit 13 may have an attenuator 31 and a beam expander 32. According to this, the adjusting unit 13 having the attenuator 31 and the beam expander 32 can be compactly configured. The order of arrangement of the attenuator 31 and the beam expander 32 may be reversed.
- the housing 11 at least one of the first wall portion 21, the second wall portion 22, the third wall portion 23, and the fifth wall portion 25 is located on the mounting portion 65 (or mounting portion 66) side of the laser processing apparatus 1.
- the housing 11 may be configured so that it can be attached to the attachment portion 65 (or the attachment portion 66) in the arranged state.
- the light collecting portion 14 may be offset toward the fourth wall portion 24 at least in the Y direction. According to these, when the housing 11 is moved along the Y direction, for example, even if there is another configuration on the side of the fourth wall portion 24, the condensing unit 14 can be brought closer to the other configuration. can. Further, when the housing 11 is moved along the Z direction, for example, the condensing unit 14 can be brought close to the object 100.
- the light collecting portion 14 may be offset toward the first wall portion 21 in the X direction. According to this, when the housing 11 is moved along the direction perpendicular to the optical axis of the condensing unit 14, for example, even if there is another configuration on the first wall portion 21 side, the other configuration is concerned.
- the light collecting unit 14 can be brought close to the light collecting unit 14. In that case, the incident portion 12 may be offset toward the first wall portion 21 in the X direction.
- other configurations for example, the measuring unit 16 and the observing unit 17
- FIG. 7 is a front view of a part of the laser processing apparatus 1 in which the laser beam L1 is guided by a mirror.
- the mirror 3 that reflects the laser beam L1 moves so as to face the emitting portion 81a of the light source unit 8 in the Y direction and the incident portion 12 of the laser processing head 10A in the Z direction. It is attached to the moving portion 63 of the mechanism 6.
- the mirror 3 may be attached to the moving portion 63 of the moving mechanism 6 so that at least one of angle adjustment and position adjustment is possible. According to this, the laser beam L1 emitted from the emitting portion 81a of the light source unit 8 can be more reliably incident on the incident portion 12 of the laser processing head 10A.
- the light source unit 8 may have one light source.
- the light source unit 8 may be configured so that a part of the laser light output from one light source is emitted from the emitting unit 81a and the remaining portion of the laser light is emitted from the emitting unit 82b.
- the laser processing apparatus 1 may include one laser processing head 10A. Even in the laser processing apparatus 1 provided with one laser processing head 10A, when the housing 11 is moved along the Y direction perpendicular to the optical axis of the condensing unit 14, for example, another configuration is provided on the fourth wall portion 24 side. Even if there is, the condensing unit 14 can be brought closer to the other configuration. Therefore, the object 100 can be efficiently machined even by the laser machining apparatus 1 provided with one laser machining head 10A. Further, in the laser machining apparatus 1 provided with one laser machining head 10A, if the mounting portion 65 moves along the Z direction, the object 100 can be machined more efficiently. Further, in the laser machining apparatus 1 including one laser machining head 10A, if the support portion 7 moves along the X direction and rotates about the axis parallel to the Z direction as the center line, the object 100 can be more efficiently moved. Can be processed.
- FIG. 8 is a perspective view of a laser machining apparatus 1 including two pairs of laser machining heads.
- the laser machining apparatus 1 shown in FIG. 8 includes a plurality of moving mechanisms 200, 300, 400, a support portion 7, a pair of laser machining heads 10A and 10B, a pair of laser machining heads 10C and 10D, and a light source. It is equipped with a unit (not shown).
- the moving mechanism 200 moves the support portion 7 along the respective directions of the X direction, the Y direction, and the Z direction, and rotates the support portion 7 with the axis parallel to the Z direction as the center line.
- the moving mechanism 300 has a fixing portion 301 and a pair of mounting portions (first mounting portion, second mounting portion) 305 and 306.
- the fixing portion 301 is attached to a device frame (not shown).
- Each of the pair of mounting portions 305 and 306 is mounted on a rail provided on the fixing portion 301, and each can independently move along the Y direction.
- the moving mechanism 400 has a fixing portion 401 and a pair of mounting portions (first mounting portion, second mounting portion) 405 and 406.
- the fixing portion 401 is attached to an apparatus frame (not shown).
- Each of the pair of mounting portions 405 and 406 is mounted on a rail provided on the fixing portion 401, and each can independently move along the X direction.
- the rail of the fixed portion 401 is arranged so as to three-dimensionally intersect the rail of the fixed portion 301.
- the laser machining head 10A is attached to the attachment portion 305 of the moving mechanism 300.
- the laser processing head 10A irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with the laser beam in a state of facing the support portion 7 in the Z direction.
- the laser light emitted from the laser processing head 10A is guided by the optical fiber 2 from the light source unit (not shown).
- the laser machining head 10B is attached to the attachment portion 306 of the moving mechanism 300.
- the laser processing head 10B irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with laser light in a state of facing the support portion 7 in the Z direction.
- the laser light emitted from the laser processing head 10B is guided by the optical fiber 2 from the light source unit (not shown).
- the laser machining head 10C is attached to the attachment portion 405 of the moving mechanism 400.
- the laser processing head 10C irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with the laser beam in a state of facing the support portion 7 in the Z direction.
- the laser light emitted from the laser processing head 10C is guided by the optical fiber 2 from the light source unit (not shown).
- the laser machining head 10D is attached to the attachment portion 406 of the moving mechanism 400.
- the laser processing head 10D irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with the laser beam in a state of facing the support portion 7 in the Z direction.
- the laser light emitted from the laser processing head 10D is guided by the optical fiber 2 from the light source unit (not shown).
- the configuration of the pair of laser machining heads 10A and 10B in the laser machining apparatus 1 shown in FIG. 8 is the same as the configuration of the pair of laser machining heads 10A and 10B in the laser machining apparatus 1 shown in FIG.
- the configuration of the pair of laser machining heads 10C and 10D in the laser machining apparatus 1 shown in FIG. 8 is such that the pair of laser machining heads 10A and 10B in the laser machining apparatus 1 shown in FIG. 1 have axes parallel to the Z direction. This is the same as the configuration of the pair of laser machining heads 10A and 10B when rotated by 90 ° as the center line.
- the fourth wall portion 24 is located on the laser machining head 10D side with respect to the third wall portion 23, and the sixth wall portion 26 is the fifth wall. It is attached to the attachment portion 65 so as to be located on the support portion 7 side with respect to the portion 25.
- the condensing portion 14 of the laser processing head 10C is offset toward the fourth wall portion 24 side (that is, the laser processing head 10D side) in the Y direction.
- the fourth wall portion 24 is located on the laser machining head 10C side with respect to the third wall portion 23, and the sixth wall portion 26 is the fifth wall portion 25. It is attached to the attachment portion 66 so as to be located on the support portion 7 side with respect to the support portion 7.
- the condensing portion 14 of the laser processing head 10D is offset toward the fourth wall portion 24 side (that is, the laser processing head 10C side) in the Y direction.
- the condensing unit 14 of the laser processing head 10A and the laser processing head 10B are used.
- the light collecting unit 14 of the above can be brought close to each other.
- the condensing unit 14 of the laser processing head 10C and the condensing unit 14 of the laser processing head 10D can be brought close to each other. ..
- the laser processing head and the laser processing apparatus are not limited to those for forming a modified region inside the object 100, and may be for performing other laser processing.
- the laser processing apparatus 101 shown in FIG. 9 aligns the condensing position (at least a part of the condensing region, the condensing point) with the object 100 and irradiates the object 100 with a laser beam to provide a modified region to the object 100. It is a device to form.
- the laser processing apparatus 101 performs trimming processing, radiation cutting processing, and peeling processing on the object 100 to acquire (manufacture) a semiconductor device.
- the trimming process is a process for removing an unnecessary portion in the object 100.
- the radiant cut process is a process for separating the unnecessary portion to be removed by the trimming process.
- the peeling process is a process for peeling a part of the object 100.
- the object 100 includes, for example, a semiconductor wafer formed in a disk shape.
- the object is not particularly limited, and may be formed of various materials or may have various shapes.
- a functional element (not shown) is formed on the surface 100a of the object 100.
- the functional element is, for example, a light receiving element such as a photodiode, a light emitting element such as a laser diode, a circuit element such as a memory, or the like.
- an effective region R and a removal region E are set in the object 100.
- the effective domain R is a portion corresponding to the semiconductor device to be acquired.
- the effective domain R is the device domain.
- the effective region R is a disk-shaped portion including a central portion when the object 100 is viewed from the thickness direction.
- the effective region R is an inner region inside the removal region E.
- the removal region E is a region outside the effective region R of the object 100.
- the removal region E is an outer edge portion of the object 100 other than the effective region R.
- the removal region E is an annular portion surrounding the effective region R.
- the removal region E includes a peripheral portion (bevel portion of the outer edge) when the object 100 is viewed from the thickness direction.
- the removal region E is a radiation cut region to be subjected to the radiation cut processing.
- a virtual surface M1 as a planned peeling surface is set on the object 100.
- the virtual surface M1 is a surface on which a modified region is planned to be formed by peeling.
- the virtual surface M1 is a surface facing the back surface 100b, which is the laser beam incident surface of the object 100.
- the virtual surface M1 is a surface parallel to the back surface 100b, and has a circular shape, for example.
- the virtual surface M1 is a virtual area, and is not limited to a plane, and may be a curved surface or a three-dimensional surface.
- the effective area R, the removal area E, and the virtual surface M1 can be set by the control unit 9.
- the effective area R, the removal area E, and the virtual surface M1 may have coordinates specified.
- a line (annular line) M2 as a trimming scheduled line is set for the object 100.
- the line M2 is a line scheduled to form a modified region by trimming.
- the line M2 extends in an annular shape inside the outer edge of the object 100.
- the line M2 here extends in an annular shape.
- the line M2 is set as a boundary between the effective region R and the removal region E at a portion of the object 100 on the side opposite to the laser beam incident surface with respect to the virtual surface M1.
- the line M2 can be set by the control unit 9.
- the line M2 is a virtual line, but it may be a line actually drawn.
- the line M2 may have coordinates specified. The description regarding the setting of the line M2 is the same for the lines M3 to M4 described later.
- a line (straight line) M3 as a planned radiation cut line is set for the object 100.
- Line M3 is a line scheduled to form a modified region by radiation cutting.
- the line M3 extends linearly (radially) along the radial direction of the object 100 when viewed from the laser beam incident surface.
- a plurality of lines M3 are set so that the removal region E is equally divided (here, divided into four) in the circumferential direction when viewed from the laser beam incident surface.
- the line M3 includes lines M3a and M3b extending in one direction and lines M3c and M3d extending in the other direction orthogonal to one direction when viewed from the laser beam incident surface.
- the laser machining apparatus 101 includes a stage 107, a laser machining head 10A, a first Z-axis rail 106A, a Y-axis rail 108, an imaging unit 110, a GUI (Graphical User Interface) 111, and a control unit 9.
- the stage 107 is a support portion that supports the object 100.
- the stage 107 is configured in the same manner as the support portion 7 (see FIG. 1).
- the object 100 is placed on the support surface 107a of the stage 107 with the back surface 100b of the object 100 on the upper side of the laser beam incident surface side (the surface 100a is on the lower side of the stage 107 side). Will be done.
- the stage 107 has a rotation axis C provided at the center thereof.
- the rotation axis C is an axis extending along the Z direction, which is the optical axis direction of the condensing unit 14.
- the stage 107 can rotate about the rotation axis C.
- the stage 107 is rotationally driven by the driving force of a known driving device such as a motor.
- the laser processing head 10A irradiates the object 100 mounted on the stage 107 with the laser beam L1 (see FIG. 11A) via the condensing unit 14 along the Z direction, and the inside of the object 100. A modified region is formed in.
- the laser machining head 10A is attached to the first Z-axis rail 106A and the Y-axis rail 108.
- the laser machining head 10A can move linearly in the Z direction along the first Z-axis rail 106A by the driving force of a known driving device such as a motor.
- the laser machining head 10A can move linearly in the Y direction along the Y-axis rail 108 by the driving force of a known driving device such as a motor.
- the laser processing head 10A constitutes an irradiation unit.
- the condensing unit 14 includes a condensing lens.
- the laser processing head 10A includes a reflective spatial light modulator 34 and a ranging sensor 36.
- the reflection type spatial light modulator 34 constitutes a molding portion for forming the shape of a condensing point (hereinafter, also referred to as “beam shape”) in a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam L1.
- the reflective spatial light modulator 34 shapes the laser beam L1 so that the beam shape has a longitudinal direction.
- the reflective spatial light modulator 34 shapes the beam shape into an elliptical shape by displaying a modulation pattern having an elliptical beam shape on the liquid crystal layer.
- the distance measuring sensor 36 emits a distance measuring laser beam to the laser light incident surface of the object 100, and detects the distance measuring light reflected by the laser light incident surface to detect the distance measuring light of the object 100. Acquire the displacement data of the incident surface of the laser beam.
- a sensor such as a triangular distance measuring method, a laser confocal method, a white confocal method, a spectral interference method, or an astigmatism method can be used. can.
- a sensor of the astigmatism method or the like can be used.
- the circuit unit 19 see FIG.
- the laser processing head 10A drives the drive unit 18 so that the condensing unit 14 follows the laser beam incident surface based on the displacement data acquired by the distance measuring sensor 36.
- the condensing unit 14 moves along the Z direction based on the displacement data so that the distance between the laser beam incident surface of the object 100 and the condensing point of the laser beam L1 is kept constant.
- the distance measuring sensor 36 and its control hereinafter, also referred to as “following control” in other laser machining heads.
- the first Z-axis rail 106A is a rail extending along the Z direction.
- the first Z-axis rail 106A is attached to the laser machining head 10A via the attachment portion 65.
- the first Z-axis rail 106A moves the laser processing head 10A along the Z direction so that the focusing position of the laser beam L1 moves along the Z direction (the direction intersecting the virtual surface M1).
- the Y-axis rail 108 is a rail extending along the Y direction.
- the Y-axis rail 108 is attached to the first Z-axis rail 106A.
- the Y-axis rail 108 moves the laser processing head 10A along the Y direction so that the condensing position of the laser beam L1 moves along the Y direction (direction along the virtual surface M1).
- the first Z-axis rail 106A and the Y-axis rail 108 correspond to the rails of the moving mechanism 6 (see FIG. 1) or the moving mechanism 300 (see FIG. 8).
- the first Z-axis rail 106A and the Y-axis rail 108 move at least one of the stage 107 and the laser processing head 10A so that the condensing position of the laser beam L1 by the condensing unit 14 moves.
- the condensing position of the laser beam L1 by the condensing unit 14 is also simply referred to as a “condensing position”.
- the imaging unit 110 images the object 100 from the direction along the incident direction of the laser beam L1.
- the imaging unit 110 includes an alignment camera AC and an imaging unit IR.
- the alignment camera AC and the image pickup unit IR are attached to the attachment portion 65 together with the laser processing head 10A.
- the alignment camera AC for example, captures a device pattern or the like using light transmitted through the object 100. The image thus obtained is subjected to alignment of the irradiation position of the laser beam L1 with respect to the object 100.
- the imaging unit IR images the object 100 with the light transmitted through the object 100.
- the image pickup unit IR includes a light source, an objective lens, and a light detection unit.
- the light source outputs light having transparency to the object 100.
- the light source is composed of, for example, a halogen lamp and a filter, and outputs light in the near infrared region, for example.
- the light output from the light source is guided by an optical system such as a mirror, passes through the objective lens, and irradiates the object 100.
- the objective lens allows light reflected on the surface of the object 100 opposite to the laser beam incident surface to pass through.
- the objective lens allows light that has propagated (transmitted) through the object 100 to pass through.
- the objective lens has a correction ring.
- the correction ring corrects aberrations that occur in light in the object 100, for example, by adjusting the distances between a plurality of lenses constituting the objective lens.
- the photodetector detects the light that has passed through the objective lens.
- the photodetector is composed of, for example, an InGaAs camera and detects light in the near infrared region.
- the imaging unit IR can image at least one of the modified region formed inside the object 100 and the crack extending from the modified region. In the laser processing apparatus 101, the processing state of laser processing can be confirmed non-destructively by using the imaging unit IR.
- GUI111 displays various information.
- the GUI 111 includes, for example, a touch panel display.
- Various settings related to machining conditions are input to the GUI 111 by an operation such as a user's touch.
- the GUI 111 constitutes an input unit that receives input from the user.
- the control unit 9 is configured as a computer device including a processor, memory, storage, communication device, and the like.
- the software (program) read into the memory or the like is executed by the processor, and the reading and writing of data in the memory and the storage and the communication by the communication device are controlled by the processor.
- the control unit 9 controls each unit of the laser processing apparatus 101 to realize various functions.
- the control unit 9 controls at least the stage 107, the laser machining head 10A, and the moving mechanism 6 (see FIG. 1) or the moving mechanism 300 (see FIG. 1).
- the control unit 9 controls the rotation of the stage 107, the irradiation of the laser beam L1 from the laser processing head 10A, and the movement of the condensing position of the laser beam L1.
- the control unit 9 can execute various controls based on the rotation information (hereinafter, also referred to as “ ⁇ information”) regarding the rotation amount of the stage 107.
- the ⁇ information may be acquired from the driving amount of the driving device that rotates the stage 107, or may be acquired by a separate sensor or the like. ⁇ information can be obtained by various known methods.
- the control unit 9 rotates the stage 107 and positions the condensing position on the line M2 (periphery of the effective region R) of the object 100, and the laser beam L1 in the laser processing head 10A based on the ⁇ information.
- the trimming process for forming the modified region along the peripheral edge of the effective region R is executed.
- the trimming process is a process of the control unit 9 that realizes the trimming process.
- the control unit 9 controls the start and stop of the irradiation of the laser beam L1 in the laser processing head 10A in a state where the condensing position is positioned on the line M3 in the object 100 without rotating the stage 107, and also controls the start and stop of the irradiation.
- a radiation cut process is performed in which the line forms a modified region in the removal region E along the M3.
- the radiant cut process is a process of the control unit 9 that realizes the radiant cut process.
- the control unit 9 irradiates the laser beam L1 from the laser processing head 10A while rotating the stage 107, and controls the movement of the condensing position in the Y direction along the virtual surface M1 inside the object 100.
- the peeling process for forming the modified region is performed.
- the peeling process is a process of the control unit 9 that realizes the peeling process.
- the control unit 9 controls the display of the GUI 111.
- the trimming process, the radiation cut process, and the peeling process are executed based on various settings input from the GUI 111.
- the formation of the modified region and the switching of its stop can be realized as follows.
- the laser processing head 10A by switching the start and stop (ON / OFF) of the irradiation (output) of the laser beam L1, it is possible to switch between the formation of the modified region and the stop of the formation.
- the Q-switch AOM (acousto-optic modulator), EOM (electro-optical modulator), etc.
- the start and stop of the irradiation of the laser beam L1 can be switched at high speed.
- the output of the semiconductor laser that constitutes the seed laser and the amplifier (excitation) laser can be switched ON / OFF, so that the irradiation of the laser beam L1 can be started and stopped at high speed. Can be switched.
- the external modulation element AOM, EOM, etc.
- the external modulation element AOM, EOM, etc.
- the formation of the modified region and the switching of its stop may be realized as follows.
- the optical path of the laser beam L1 may be opened and closed by controlling a mechanical mechanism such as a shutter, and the formation of the modified region and the stop of the formation may be switched.
- the formation of the modified region may be stopped by switching the laser light L1 to CW light (continuous wave).
- a pattern for example, a satin pattern that causes laser scattering
- the modified region can be formed. You may stop it.
- the formation of the modified region may be stopped by controlling an output adjusting unit such as an attenuator and reducing the output of the laser beam L1 so that the modified region cannot be formed. By switching the polarization direction, the formation of the modified region may be stopped. The formation of the modified region may be stopped by scattering (skipping) the laser beam L1 in a direction other than the optical axis and cutting the laser beam L1.
- an output adjusting unit such as an attenuator
- the object 100 is placed on the stage 107 with the back surface 100b facing the laser beam incident surface side.
- the surface 100a side on which the functional element is mounted in the object 100 is protected by adhering a support substrate or a tape material.
- the trimming process includes a trimming step (first step). Specifically, in the trimming process, as shown in FIG. 11A, while rotating the stage 107 at a constant rotation speed, the light-collecting position P1 is positioned on the line M2, and the ⁇ information is obtained. Based on this, the start and stop of irradiation of the laser beam L1 in the laser processing head 10A are controlled. As a result, the modified region 4 is formed along the line M2 as shown in FIGS. 11 (b) and 11 (c). The modified region 4 formed includes the modified spot and cracks extending from the modified spot.
- the radiant cut process includes a radiant cut step (second step). Specifically, in the radiation cutting process, as shown in FIGS. 11 (b) and 12 (a), the laser beam L1 is irradiated from the laser processing head 10A and condensed without rotating the stage 107. The laser machining head 10A is moved along the Y-axis rail 108 so that the position P1 moves along the lines M3a and M3b.
- the laser beam L1 is irradiated from the laser processing head 10A without rotating the stage 107, and the laser processing is performed so that the condensing position P1 moves along the lines M3c and M3d.
- the head 10A is moved along the Y-axis rail 108.
- the modified region 4 is formed along the line M3 as shown in FIG. 12 (b).
- the modified region 4 formed includes the modified spot and cracks extending from the modified spot.
- the crack may reach at least one of the front surface 100a and the back surface 100b, or may not reach at least one of the front surface 100a and the back surface 100b.
- the removal region E is cut and removed (removed) with the modified region 4 as a boundary, for example, with a jig or air.
- peeling processing is carried out. Specifically, as shown in FIG. 13C, while rotating the stage 107 at a constant rotation speed, the laser beam L1 is irradiated from the laser processing head 10A, and the condensing position P1 is the virtual surface M1.
- the laser machining head 10A is moved along the Y-axis rail 108 so as to move inward from the outer edge side along the Y direction.
- a spiral shape (see FIG. 9) centered on the position of the rotation axis C (see FIG. 9) along the virtual surface M1 inside the object 100 (see FIG. 9).
- a modified region 4 extending (involute curve) is formed.
- the formed modified region 4 contains a plurality of modified spots.
- a part of the object 100 is peeled off with the modified region 4 extending over the virtual surface M1 as a boundary, for example, by an adsorption jig.
- the peeling of the object 100 may be carried out on the stage 107, or may be moved to an area dedicated to peeling.
- the object 100 may be peeled off by using an air blow or a tape material.
- the modified region 4 may be selectively etched with an etching solution (KOH, TMAH, etc.) that reacts with the object 100. This makes it possible to easily peel off the object 100.
- KOH etching solution
- the peeled surface 100h of the object 100 is subjected to finish grinding or polishing with an abrasive KM such as a grindstone.
- an abrasive KM such as a grindstone.
- the object 100 is modified along the virtual surface M1 by irradiating the object 100 with a part of the condensing region and irradiating the laser beam. Region 4 is formed.
- the laser processing apparatus 101 includes a reflective spatial light modulator 34 as a molding unit for molding the laser beam L1 so that the beam shape has a longitudinal direction.
- the beam shape 71 formed by the reflective spatial light modulator 34 has an elliptical shape.
- the beam shape 71 has an ellipticity of 0.88 to 0.95.
- the ellipticity is the ratio of the length in the longitudinal direction to the length in the lateral direction in the beam shape 71.
- the beam shape 71 is not limited to the elliptical shape, and may be a long shape.
- the beam shape may be a flat circular shape, an oval shape, or a track shape.
- the beam shape may be a long triangular shape, a rectangular shape or a polygonal shape.
- the beam shape 71 may have a shape in which a part of the ellipse is missing (see FIG. 16B).
- the modulation pattern of the reflective spatial light modulator 34 that realizes such a beam shape 71 may include at least one of a slit pattern and an astigmatic pattern.
- the shape of the most upstream focusing point in the optical path of the laser beam L1 among the plurality of focusing points is the beam shape 71 of the present embodiment. It may be.
- the longitudinal direction here is the major axis direction of the ellipse related to the beam shape 71, and is also referred to as the elliptical major axis direction.
- the elliptical beam shape 71 may be a part of the focusing region (condensing region).
- the beam intensity distribution in the plane of the beam shape 71 has a strong intensity distribution in the longitudinal direction, and the direction in which the beam intensity is strong coincides with the longitudinal direction.
- the molded portion is not limited to the reflective spatial light modulator 34, and may be a slit optical system (including a mechanical slit or the like) or an astigmatism optical system (including a cylindrical lens or the like).
- the longitudinal direction of the beam shape 71 is a direction inclined by 45 ° or more with respect to the machining progress direction.
- the processing progress direction is a moving direction of a part of the condensing region of the laser beam L1.
- the processing progress direction is the extending direction of the line M4 described later.
- the angle at which the longitudinal direction of the beam shape 71 is tilted with respect to the machining progress direction is also referred to as a “beam rotation angle”.
- the longitudinal direction of the beam shape 71 is a direction along the direction perpendicular to the machining progress direction. That is, the beam rotation angle is 90 °.
- the control unit 9 controls the reflection type spatial light modulator 34 to form the laser beam L1 so that the beam shape has the longitudinal direction as described above.
- the control unit 9 relatively moves the condensing point along the line (processing line) M4 extending in a spiral shape from the peripheral edge to the inside of the object 100, and modifies the inside of the object 100.
- the quality region 4 is formed.
- the line M4 is set in the effective area R on the virtual surface M1.
- the line M4 extends in a spiral shape centered on the center position of the object 100.
- the GUI 111 can receive input from the user at least one of information on the beam shape 71, information on the beam rotation angle, and information on the setting of the reflective spatial light modulator 34.
- the control unit 9 controls various operations of the laser processing apparatus 101 based on the input of the GUI 111.
- the stage 107 is rotated at a constant rotation speed.
- the laser beam L1 is irradiated from the laser processing head 10A (irradiation step).
- the laser processing head 10A is moved along the Y-axis rail 108, and the condensing point of the laser beam L1 is moved inward from the outer edge side of the virtual surface M1 along the Y direction (movement step).
- the focusing point of the laser beam L1 is relatively moved along the line M4.
- the reflection type spatial light modulator 34 is controlled by the control unit 9, and the laser beam L1 is molded so that the beam shape 71 has a longitudinal direction in which the beam rotation angle is 90 ° (molding step). .. As described above, the modified region 4 is formed along the line M4 on the virtual surface M1 inside the object 100.
- FIG. 17A is a diagram for explaining the peeling processing result according to the comparative example using the laser beam having a circular beam shape.
- FIG. 17B is a diagram for explaining the peeling processing result according to the present embodiment using the laser beam L1 having a beam shape 71 having an elliptical shape and a beam rotation angle of 90 °.
- 17 (a) and 17 (b) are cross-sectional views of a cross section along the virtual surface M1.
- the processing index direction is a direction orthogonal to the extending direction of the line M4 when viewed from the laser beam incident surface.
- the machining index direction here is a direction from the peripheral edge of the object 100 to the inside in the Y direction.
- the circular modified spot S1 can be formed with a small amount of energy, but as shown in FIG. 17A, the cracks C1 extending from the modified spot S1 along the virtual surface M1 are connected. Hateful.
- the modified spot S2 corresponding to the elliptical shape of the beam shape 71 can be formed, and the crack C2 extending from the modified spot S2 along the virtual surface M1 corresponds to the longitudinal direction of the beam shape 71. It is found that the modified spot S2 easily extends in the longitudinal direction. Since the longitudinal direction is a direction that intersects the machining progress direction, the crack C2 in the direction that intersects the machining progress direction can be easily extended, and the growth of the crack along the virtual surface M1 can be promoted.
- the interval is along the virtual surface M1. It becomes possible to sufficiently advance the crack C2. As a result, when the modified region 4 is formed along the virtual surface M1 inside the object 100, tact-up can be realized.
- the following first peeling processing results are the results of the peeling processing according to the first comparative example and the first embodiment.
- the following conditions are set as common processing conditions. That is, the laser beam L1 is branched into two, the branch distance X is 100 ⁇ m, and the branch distance Y is 60 ⁇ m.
- the branch distance X is the distance in the machining progress direction for the two beam shapes 71 formed by bifurcating the laser beam L1
- the branch distance Y is the distance in the machining index direction for the two beam shapes 71 (). See FIG. 18).
- the output of the laser beam L1 is 3.7 W
- the pulse energy (converted value assuming 20% loss at branching) is 18.5 ⁇ J
- the pulse pitch is 6.25 ⁇ m
- the frequency is 80 kHz
- the pulse width is 700 ns.
- the object 100 is a wafer whose main surface orientation is [100], and the 0 ° direction of the object 100 corresponds to 110 surfaces. [Result of first peeling process]
- the SFC state means a slicing full cut state.
- the slicing full-cut state is a state in which cracks extending from a plurality of modified spots included in the modified region 4 formed along the virtual surface M1 extend along the virtual surface M1 and are connected to each other.
- the slicing full-cut state is a state in which cracks extending from the modified spot extend left, right, up and down on the image obtained by the imaging unit 110, and are connected across the line M4.
- the slicing full-cut state is a state in which the modified spot cannot be confirmed on the image obtained by the imaging unit 110 (a state in which the space or gap formed by the crack is confirmed).
- the beam shape 71 has a shape having a longitudinal direction, and the longitudinal direction has a direction intersecting the processing progress direction (for example, the beam shape 71 has an elliptical shape and the beam rotation angle).
- the beam shape 71 has an elliptical shape and the beam rotation angle.
- FIG. 19A is a diagram showing the relationship between the ellipticity and the beam shape 71.
- FIG. 19B is a diagram showing the ellipticity, the beam rotation angle, and the occurrence rate of the slicing full-cut state. "-" In the figure indicates that measurement is not possible.
- FIGS. 19 (a) and 19 (b) when the ellipticity of the beam shape 71 is smaller than 0.88, it is found that the occurrence rate of the slicing full-cut state is extremely low. For example, when the ellipticity of the beam shape 71 is 0.59, it can be seen that the occurrence rate of the slicing full-cut state is 0%.
- the occurrence rate of the slicing full-cut state is extremely low.
- the occurrence rate of the slicing full-cut state is 40%.
- the shape of a part of the condensing region has an ellipticity of 0.88 to 0.95.
- the growth of cracks along the virtual surface M1 can be further promoted.
- the cracks can be more easily extended along the longitudinal direction of the beam shape 71, and the occurrence rate of the slicing full-cut state can be increased.
- the beam rotation angle of the elliptical beam shape 71 when the beam rotation angle of the elliptical beam shape 71 is 0 °, it can be seen that the occurrence rate of the slicing full cut state is extremely low. It can be seen that when the beam rotation angle of the elliptical beam shape 71 is 90 °, the occurrence rate of the slicing full cut state can be increased.
- the case where the beam rotation angle of the elliptical beam shape 71 is 0 ° is the case where the longitudinal direction of the beam shape 71 is along the machining progress direction (see FIG. 20).
- the following second peeling processing result (see Table 2) is the result of the peeling processing when the beam rotation angle is changed.
- the common processing conditions of the second peeling processing result are the same as the common processing conditions of the first peeling processing result described above except that the pulse pitch is 10 ⁇ m.
- the ellipticity is 0.95.
- the case where the beam rotation angle of the elliptical beam shape 71 is 60 ° is the case where the angle at which the longitudinal direction of the beam shape 71 is tilted with respect to the processing progress direction is 60 °. (See FIG. 21).
- the cracks in the direction intersecting the processing progress direction can be more easily extended, and the cracks can be further extended along the virtual surface M1. It turns out that it can be urged. Further, it can be seen that by setting the beam rotation angle to 90 °, the cracks in the direction intersecting the machining progress direction can be more easily extended, and the growth of the cracks along the virtual surface M1 can be further promoted.
- the longitudinal direction of the beam shape 71 is a direction inclined by 45 ° or more with respect to the machining progress direction. In this case, the growth of cracks along the virtual surface M1 can be further promoted.
- the longitudinal direction of the beam shape 71 is a direction along the direction perpendicular to the machining progress direction. In this case, the growth of cracks along the virtual surface M1 can be further promoted.
- the following third peeling processing results are the results of the peeling processing when the pulse pitch is changed.
- the common processing conditions of the third peeling processing result are the same as the common processing conditions of the first peeling processing result described above except for the pal pitch.
- the ellipticity is 0.95 and the beam rotation angle is 90 °.
- the cracks in the direction intersecting the processing progress direction can be more easily extended, and the cracks can be propagated along the virtual surface M1. It turns out that it can be further encouraged.
- the following fourth peeling processing results are the results of the peeling processing when the pulse energy is changed.
- the common processing conditions of the fourth peeling processing result are the same as the common processing conditions of the second peeling processing result described above except for the pulse energy.
- the ellipticity is 0.95.
- control unit 9 relatively moves a part of the condensing region along the line M4 extending inward from the peripheral edge of the object 100 in a spiral shape, and causes the inside of the object 100 to move.
- a modified region 4 is formed in.
- the present embodiment includes a GUI 111 capable of accepting at least one input of information on the beam shape 71, information on the beam rotation angle, and information on the setting of the reflective spatial light modulator 34 from the user.
- the control unit 9 controls the rotation of the stage 107, the irradiation of the laser L1 from the laser machining head 10A, and the movement of the laser machining head 10A along the Y-axis rail 108 based on the input of the GUI 111.
- at least one of the information regarding the beam shape 71, the information regarding the beam rotation angle, and the information regarding the setting of the reflection type spatial light modulator 34 can be preferably set when the peeling process is performed.
- the beam shape 71, the beam rotation angle, and the like can be easily adjusted so as to promote the growth of cracks along the virtual surface M1.
- FIG. 22 is a diagram showing an example of a setting screen displayed on the touch panel 111a of the GUI 111.
- various detailed settings can be displayed and input.
- examples of setting items to be displayed and input via GUI 111 include, for example, the thickness of the object 100, the X offset of the reflective spatial light modulator 34, and the reflective spatial light modulator 34. Includes Y offset, beam shape, beam rotation angle, and machining index.
- Examples of setting items to be displayed and input via GUI111 include, for example, the number of focal points, the branch distance X, the branch distance Y, the pulse width of the laser beam L1, the frequency, the machining depth, the machining speed, and the output of the laser beam L1. , Includes focus correction level.
- the X offset of the reflective spatial light modulator 34 is a distance that offsets the reference position of the liquid crystal layer when displaying the modulation pattern on the liquid crystal layer in a predetermined direction.
- the Y offset of the reflective spatial light modulator 34 is a distance that causes the reference position of the liquid crystal layer when displaying the modulation pattern on the liquid crystal layer to be offset in the direction orthogonal to the predetermined direction.
- the machining index is the distance between a pair of adjacent modified spots in the machining index direction.
- the focusing correction level is the degree of the aberration correction strength at the processing position, and the larger the number, the larger the aberration correction.
- Various inputs can be realized by the user specifying a value, selecting by the user with a dropdown, or automatically selecting.
- an ellipse and a perfect circle may be specified or selected, an ellipse ratio or a modulation pattern name that realizes the ellipse may be specified or selected, or an intensity of the modulation pattern may be specified or selected.
- the output may be the total output of the laser beam L1 or the output of each beam formed by branching the laser beam L1.
- the values may be specified or the presence or absence may be selected.
- FIG. 23 is a diagram showing another example of the setting screen displayed on the touch panel 111a of the GUI 111.
- the item example of the setting to be displayed and input via the GUI 111 does not include the beam shape and the beam rotation angle, but includes a slit, as compared with the example shown in FIG.
- the slit is an item corresponding to a molding portion for molding the laser beam L1 so that the beam shape 71 has the shape having the above-mentioned longitudinal direction.
- the presence or absence may be selected, or the slit width may be input or selected in order to obtain the desired beam shape 71.
- the trimming process and the radiant cut process for forming the modified region 4 are performed before the object 100 is peeled by the peeling process, but the order of the peeling process, the trimming process, and the radiant cut process is not specified. be. It is not necessary to carry out at least one of the trimming process and the radiation cutting process.
- the spiral line M4 is set as the processing line for forming the modified region 4 in the peeling processing, but the processing line of various shapes is set to the object 100 without being limited to this. It may have been done. For example, a plurality of linear lines (parallel lines) may be set on the object 100 so as to line up in a predetermined direction.
- the above embodiment may include a plurality of laser processing heads as an irradiation unit.
- the above-mentioned laser processing may be performed using at least one of the plurality of laser processing heads.
- the reflective spatial light modulator 34 is adopted, but the spatial light modulator is not limited to the reflective one, and a transmissive spatial light modulator may be adopted.
- the type of the object 100, the shape of the object 100, the size of the object 100, the number and directions of crystal orientations of the object 100, and the plane orientation of the main surface of the object 100 are not particularly limited. ..
- the back surface 100b of the object 100 is the laser beam incident surface, but the surface 100a of the object 100 may be the laser beam incident surface.
- the modified region 4 may be, for example, a crystal region, a recrystallized region, or a gettering region formed inside the object 100.
- the crystal region is a region that maintains the structure of the object 100 before processing.
- the recrystallized region is a region that once evaporates, becomes plasma, or melts, and then solidifies as a single crystal or a polycrystal when resolidified.
- the gettering region is a region that exerts a gettering effect of collecting and capturing impurities such as heavy metals, and may be formed continuously or intermittently.
- the above embodiment may be applied to processing such as ablation.
- the beam rotation angle is not particularly limited, and any angle may be used as long as it is inclined from the machining progress direction.
- the polarization direction of the laser beam L1 irradiated to the object 100 is not particularly limited, but for example, the polarization direction may be a direction along the processing progress direction.
- the polarization direction of the laser beam L1 can be adjusted by various known techniques.
- each configuration in the above-described embodiments and modifications can be arbitrarily applied to each configuration in another embodiment or modification.
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Abstract
レーザ加工装置は、対象物に集光領域の一部を合わせてレーザ光を照射することにより、対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成する。レーザ加工装置は、対象物を支持する支持部と、対象物にレーザ光を照射する照射部と、対象物の内部において集光領域の一部が仮想面に沿って移動するように、支持部及び照射部の少なくとも一方を移動させる移動機構と、支持部、照射部及び移動機構を制御する制御部と、を備え、照射部は、レーザ光の光軸に垂直な面内における集光領域の一部の形状が長手方向を有するようにレーザ光を成形する成形部を有する。長手方向は、集光領域の一部の移動方向と交差する方向である。
Description
本発明の一側面は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
特許文献1には、ワークを保持する保持機構と、保持機構に保持されたワークにレーザ光を照射するレーザ照射機構と、を備えるレーザ加工装置が記載されている。特許文献1に記載のレーザ加工装置では、集光レンズを有するレーザ照射機構が基台に対して固定されており、集光レンズの光軸に垂直な方向に沿ったワークの移動が保持機構によって実施される。
ところで、上述したようなレーザ加工装置では、対象物にレーザ光を照射することにより、対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成する場合がある。この場合、仮想面に渡る改質領域及び改質領域から伸びる亀裂を境界として、対象物の一部が剥離される。近年、このような剥離加工において、例えば益々の普及拡大に伴い、タクトアップ(作業時間の短縮化)が望まれている。
そこで、本発明の一側面は、対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成する場合にタクトアップを実現可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを課題とする。
本発明の一側面に係るレーザ加工装置は、対象物に集光領域の一部を合わせてレーザ光を照射することにより、対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成するレーザ加工装置であって、対象物を支持する支持部と、対象物にレーザ光を照射する照射部と、対象物の内部において集光領域の一部が仮想面に沿って移動するように、支持部及び照射部の少なくとも一方を移動させる移動機構と、支持部、照射部及び移動機構を制御する制御部と、を備え、照射部は、仮想面に沿う面内における集光領域の一部の形状が長手方向を有するようにレーザ光を成形する成形部を有し、長手方向は、集光領域の一部の移動方向と交差する方向である。
本発明者らは鋭意検討を重ね、仮想面に沿って改質領域を形成する場合、仮想面に沿う面内においてレーザ光の集光領域の一部の形状が長手方向を有すると、その改質領域から仮想面に沿って伸びる亀裂は、当該長手方向に伸びやすいことを見出した。そこで、本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、集光領域の一部の移動方向(以下、「加工進行方向」ともいう)と交差する方向を当該長手方向とすることにより、加工進行方向と交差する方向への亀裂を伸びやすくして、仮想面に沿う亀裂の進展を促すことができる。したがって、例えば、加工進行方向と交差する方向における改質領域の改質スポットの間隔を広くしても、仮想面に沿って亀裂を十分に進展させることが可能となる。その結果、タクトアップを実現することが可能となる。
本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、長手方向は、集光領域の一部の移動方向に対して45°以上傾いた方向であってもよい。この場合、仮想面に沿う亀裂の進展を一層促すことができる。
本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、長手方向は、集光領域の一部の移動方向の垂直方向に沿う方向であってもよい。この場合、仮想面に沿う亀裂の進展をより一層促すことができる。
本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、集光領域の一部の形状は、楕円率が0.88~0.95の形状であってもよい。この場合、仮想面に沿う亀裂の進展を一層促すことができる。
本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、制御部は、対象物において周縁から内側に向かって渦巻き状に延在する加工用ラインに沿って、集光領域の一部を相対的に移動させ、対象物の内部に改質領域を形成してもよい。これにより、仮想面に渡る改質領域及び改質領域から伸びる亀裂を境界として、対象物の一部を精度よく剥離することができる。
本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、集光領域の一部の形状に関する情報、集光領域の一部の移動方向に対する傾きに関する情報、及び、成形部の設定に関する情報のうちの少なくとも何れかの入力を、ユーザから受付け可能な入力部を備え、制御部は、入力部の入力に基づいて、支持部、照射部及び移動機構を制御してもよい。これにより、仮想面に沿って改質領域を形成するに当たり、集光領域の一部の形状に関する情報、集光領域の一部の移動方向に対する傾きに関する情報、及び、成形部の設定に関する情報のうちの少なくとも何れかを所望に設定することができる。
本発明の一側面に係るレーザ加工方法は、対象物に集光領域の一部を合わせてレーザ光を照射することにより、対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成するレーザ加工方法であって、対象物にレーザ光を照射する照射工程と、対象物の内部において集光領域の一部が仮想面に沿って移動するように、対象物を支持する支持部及び対象物にレーザ光を照射する照射部の少なくとも一方を移動させる移動工程と、を備え、照射工程は、レーザ光の光軸に垂直な面内における集光領域の一部の形状が長手方向を有するようにレーザ光を成形する成形工程を有し、長手方向は、集光領域の一部の移動方向と交差する方向である。
レーザ加工方法においても、加工進行方向と交差する方向を当該長手方向としていることにより、加工進行方向と交差する方向への亀裂を伸びやすくして、仮想面に沿う亀裂の進展を促すことができる。その結果、タクトアップを実現することが可能となる。
本発明の一側面によれば、対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成する場合にタクトアップを実現可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することができる。
以下、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
まず、レーザ加工装置の基本的な構成、作用、効果及び変形例について説明する。
[レーザ加工装置の構成]
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、複数の移動機構5,6と、支持部7と、1対のレーザ加工ヘッド10A,10Bと、光源ユニット8と、制御部9と、を備えている。以下、第1方向をX方向、第1方向に垂直な第2方向をY方向、第1方向及び第2方向に垂直な第3方向をZ方向という。本実施形態では、X方向及びY方向は水平方向であり、Z方向は鉛直方向である。
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、複数の移動機構5,6と、支持部7と、1対のレーザ加工ヘッド10A,10Bと、光源ユニット8と、制御部9と、を備えている。以下、第1方向をX方向、第1方向に垂直な第2方向をY方向、第1方向及び第2方向に垂直な第3方向をZ方向という。本実施形態では、X方向及びY方向は水平方向であり、Z方向は鉛直方向である。
移動機構5は、固定部51と、移動部53と、取付部55と、を有している。固定部51は、装置フレーム1aに取り付けられている。移動部53は、固定部51に設けられたレールに取り付けられており、Y方向に沿って移動することができる。取付部55は、移動部53に設けられたレールに取り付けられており、X方向に沿って移動することができる。
移動機構6は、固定部61と、1対の移動部63,64と、1対の取付部65,66と、を有している。固定部61は、装置フレーム1aに取り付けられている。1対の移動部63,64のそれぞれは、固定部61に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Y方向に沿って移動することができる。取付部65は、移動部63に設けられたレールに取り付けられており、Z方向に沿って移動することができる。取付部66は、移動部64に設けられたレールに取り付けられており、Z方向に沿って移動することができる。つまり、装置フレーム1aに対しては、1対の取付部65,66のそれぞれが、Y方向及びZ方向のそれぞれに沿って移動することができる。移動部63,64のそれぞれは、第1及び第2水平移動機構(水平移動機構)をそれぞれ構成する。取付部65,66のそれぞれは、第1及び第2鉛直移動機構(鉛直移動機構)をそれぞれ構成する。
支持部7は、移動機構5の取付部55に設けられた回転軸に取り付けられており、Z方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。つまり、支持部7は、X方向及びY方向のそれぞれに沿って移動することができ、Z方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。支持部7は、対象物100を支持する。対象物100は、例えば、ウェハである。
図1及び図2に示されるように、レーザ加工ヘッド10Aは、移動機構6の取付部65に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Aは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光L1(「第1レーザ光L1」とも称する)を照射する。レーザ加工ヘッド10Bは、移動機構6の取付部66に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Bは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光L2(「第2レーザ光L2」とも称する)を照射する。レーザ加工ヘッド10A,10Bは、照射部を構成する。
光源ユニット8は、1対の光源81,82を有している。光源81は、レーザ光L1を出力する。レーザ光L1は、光源81の出射部81aから出射され、光ファイバ2によってレーザ加工ヘッド10Aに導光される。光源82は、レーザ光L2を出力する。レーザ光L2は、光源82の出射部82aから出射され、別の光ファイバ2によってレーザ加工ヘッド10Bに導光される。
制御部9は、レーザ加工装置1の各部(支持部7、複数の移動機構5,6、1対のレーザ加工ヘッド10A,10B、及び光源ユニット8等)を制御する。制御部9は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部9では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア(プログラム)が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部9は、各種機能を実現する。
以上のように構成されたレーザ加工装置1による加工の一例について説明する。当該加工の一例は、ウェハである対象物100を複数のチップに切断するために、格子状に設定された複数のラインに沿って対象物100の内部に改質領域を形成する例である。
まず、対象物100を支持している支持部7がZ方向において1対のレーザ加工ヘッド10A,10Bと対向するように、移動機構5が、X方向及びY方向のそれぞれに沿って支持部7を移動させる。続いて、対象物100において一方向に延在する複数のラインがX方向に沿うように、移動機構5が、Z方向に平行な軸線を中心線として支持部7を回転させる。
続いて、一方向に延在する一のライン上にレーザ光L1の集光点(集光領域の一部)が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、一方向に延在する他のライン上にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。続いて、対象物100の内部にレーザ光L1の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、対象物100の内部にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。
続いて、光源81がレーザ光L1を出力してレーザ加工ヘッド10Aが対象物100にレーザ光L1を照射すると共に、光源82がレーザ光L2を出力してレーザ加工ヘッド10Bが対象物100にレーザ光L2を照射する。それと同時に、一方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光L1の集光点が相対的に移動し且つ一方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光L2の集光点が相対的に移動するように、移動機構5が、X方向に沿って支持部7を移動させる。このようにして、レーザ加工装置1は、対象物100において一方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物100の内部に改質領域を形成する。
続いて、対象物100において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインがX方向に沿うように、移動機構5が、Z方向に平行な軸線を中心線として支持部7を回転させる。
続いて、他方向に延在する一のライン上にレーザ光L1の集光点が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、他方向に延在する他のライン上にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。続いて、対象物100の内部にレーザ光L1の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、対象物100の内部にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。
続いて、光源81がレーザ光L1を出力してレーザ加工ヘッド10Aが対象物100にレーザ光L1を照射すると共に、光源82がレーザ光L2を出力してレーザ加工ヘッド10Bが対象物100にレーザ光L2を照射する。それと同時に、他方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光L1の集光点が相対的に移動し且つ他方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光L2の集光点が相対的に移動するように、移動機構5が、X方向に沿って支持部7を移動させる。このようにして、レーザ加工装置1は、対象物100において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物100の内部に改質領域を形成する。
なお、上述した加工の一例では、光源81は、例えばパルス発振方式によって、対象物100に対して透過性を有するレーザ光L1を出力し、光源82は、例えばパルス発振方式によって、対象物100に対して透過性を有するレーザ光L2を出力する。そのようなレーザ光が対象物100の内部に集光されると、レーザ光の集光点に対応する部分においてレーザ光が特に吸収され、対象物100の内部に改質領域が形成される。改質領域は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。
パルス発振方式によって出力されたレーザ光が対象物100に照射され、対象物100に設定されたラインに沿ってレーザ光の集光点が相対的に移動させられると、複数の改質スポットがラインに沿って1列に並ぶように形成される。1つの改質スポットは、1パルスのレーザ光の照射によって形成される。1列の改質領域は、1列に並んだ複数の改質スポットの集合である。隣り合う改質スポットは、対象物100に対するレーザ光の集光点の相対的な移動速度及びレーザ光の繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。設定されるラインの形状は、格子状に限定されず、環状、直線状、曲線状及びこれらの少なくとも何れかを組合せた形状であってもよい。
[レーザ加工ヘッドの構成]
[レーザ加工ヘッドの構成]
図3及び図4に示されるように、レーザ加工ヘッド10Aは、筐体11と、入射部12と、調整部13と、集光部14と、を備えている。
筐体11は、第1壁部21及び第2壁部22、第3壁部23及び第4壁部24、並びに、第5壁部25及び第6壁部26を有している。第1壁部21及び第2壁部22は、X方向において互いに対向している。第3壁部23及び第4壁部24は、Y方向において互いに対向している。第5壁部25及び第6壁部26は、Z方向において互いに対向している。
第3壁部23と第4壁部24との距離は、第1壁部21と第2壁部22との距離よりも小さい。第1壁部21と第2壁部22との距離は、第5壁部25と第6壁部26との距離よりも小さい。なお、第1壁部21と第2壁部22との距離は、第5壁部25と第6壁部26との距離と等しくてもよいし、或いは、第5壁部25と第6壁部26との距離よりも大きくてもよい。
レーザ加工ヘッド10Aでは、第1壁部21は、移動機構6の固定部61とは反対側に位置しており、第2壁部22は、固定部61側に位置している。第3壁部23は、移動機構6の取付部65側に位置しており、第4壁部24は、取付部65とは反対側であってレーザ加工ヘッド10B側に位置している(図2参照)。第5壁部25は、支持部7とは反対側に位置しており、第6壁部26は、支持部7側に位置している。
筐体11は、第3壁部23が移動機構6の取付部65側に配置された状態で筐体11が取付部65に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部65は、ベースプレート65aと、取付プレート65bと、を有している。ベースプレート65aは、移動部63に設けられたレールに取り付けられている(図2参照)。取付プレート65bは、ベースプレート65aにおけるレーザ加工ヘッド10B側の端部に立設されている(図2参照)。筐体11は、第3壁部23が取付プレート65bに接触した状態で、台座27を介してボルト28が取付プレート65bに螺合されることで、取付部65に取り付けられている。台座27は、第1壁部21及び第2壁部22のそれぞれに設けられている。筐体11は、取付部65に対して着脱可能である。
入射部12は、第5壁部25に取り付けられている。入射部12は、筐体11内にレーザ光L1を入射させる。入射部12は、X方向においては第2壁部22側(一方の壁部側)に片寄っており、Y方向においては第4壁部24側に片寄っている。つまり、X方向における入射部12と第2壁部22との距離は、X方向における入射部12と第1壁部21との距離よりも小さく、Y方向における入射部12と第4壁部24との距離は、X方向における入射部12と第3壁部23との距離よりも小さい。
入射部12は、光ファイバ2の接続端部2aが接続可能となるように構成されている。光ファイバ2の接続端部2aには、ファイバの出射端から出射されたレーザ光L1をコリメートするコリメータレンズが設けられており、戻り光を抑制するアイソレータが設けられていない。当該アイソレータは、接続端部2aよりも光源81側であるファイバの途中に設けられている。これにより、接続端部2aの小型化、延いては、入射部12の小型化が図られている。なお、光ファイバ2の接続端部2aにアイソレータが設けられていてもよい。
調整部13は、筐体11内に配置されている。調整部13は、入射部12から入射したレーザ光L1を調整する。調整部13が有する各構成は、筐体11内に設けられた光学ベース29に取り付けられている。光学ベース29は、筐体11内の領域を第3壁部23側の領域と第4壁部24側の領域とに仕切るように、筐体11に取り付けられている。光学ベース29は、筐体11と一体となっている。調整部13が有する各構成は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。調整部13が有する各構成の詳細については後述する。
集光部14は、第6壁部26に配置されている。具体的には、集光部14は、第6壁部26に形成された孔26aに挿通された状態で(図5参照)、第6壁部26に配置されている。集光部14は、調整部13によって調整されたレーザ光L1を集光しつつ筐体11外に出射させる。集光部14は、X方向においては第2壁部22側(一方の壁部側)に片寄っており、Y方向においては第4壁部24側に片寄っている。つまり、X方向における集光部14と第2壁部22との距離は、X方向における集光部14と第1壁部21との距離よりも小さく、Y方向における集光部14と第4壁部24との距離は、X方向における集光部14と第3壁部23との距離よりも小さい。
図5に示されるように、調整部13は、アッテネータ31と、ビームエキスパンダ32と、ミラー33と、を有している。入射部12、並びに、調整部13のアッテネータ31、ビームエキスパンダ32及びミラー33は、Z方向に沿って延在する直線(第1直線)A1上に配置されている。アッテネータ31及びビームエキスパンダ32は、直線A1上において、入射部12とミラー33との間に配置されている。アッテネータ31は、入射部12から入射したレーザ光L1の出力を調整する。ビームエキスパンダ32は、アッテネータ31で出力が調整されたレーザ光L1の径を拡大する。ミラー33は、ビームエキスパンダ32で径が拡大されたレーザ光L1を反射する。
調整部13は、反射型空間光変調器34と、結像光学系35と、を更に有している。調整部13の反射型空間光変調器34及び結像光学系35、並びに、集光部14は、Z方向に沿って延在する直線(第2直線)A2上に配置されている。反射型空間光変調器34は、ミラー33で反射されたレーザ光L1を変調する。反射型空間光変調器34は、例えば、反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)である。結像光学系35は、反射型空間光変調器34の反射面34aと集光部14の入射瞳面14aとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。結像光学系35は、3つ以上のレンズによって構成されている。
直線A1及び直線A2は、Y方向に垂直な平面上に位置している。直線A1は、直線A2に対して第2壁部22側(一方の壁部側)に位置している。レーザ加工ヘッド10Aでは、レーザ光L1は、入射部12から筐体11内に入射して直線A1上を進行し、ミラー33及び反射型空間光変調器34で順次に反射された後、直線A2上を進行して集光部14から筐体11外に出射する。なお、アッテネータ31及びビームエキスパンダ32の配列の順序は、逆であってもよい。また、アッテネータ31は、ミラー33と反射型空間光変調器34との間に配置されていてもよい。また、調整部13は、他の光学部品(例えば、ビームエキスパンダ32の前に配置されるステアリングミラー等)を有していてもよい。
レーザ加工ヘッド10Aは、ダイクロイックミラー15と、測定部16と、観察部17と、駆動部18と、回路部19と、を更に備えている。
ダイクロイックミラー15は、直線A2上において、結像光学系35と集光部14との間に配置されている。つまり、ダイクロイックミラー15は、筐体11内において、調整部13と集光部14との間に配置されている。ダイクロイックミラー15は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。ダイクロイックミラー15は、レーザ光L1を透過させる。ダイクロイックミラー15は、非点収差を抑制する観点では、例えば、キューブ型、又は、ねじれの関係を有するように配置された2枚のプレート型であってもよい。
測定部16は、筐体11内において、調整部13に対して第1壁部21側(一方の壁部側とは反対側)に配置されている。測定部16は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。測定部16は、対象物100の表面(例えば、レーザ光L1が入射する側の表面)と集光部14との距離を測定するための測定光L10を出力し、集光部14を介して、対象物100の表面で反射された測定光L10を検出する。つまり、測定部16から出力された測定光L10は、集光部14を介して対象物100の表面に照射され、対象物100の表面で反射された測定光L10は、集光部14を介して測定部16で検出される。
より具体的には、測定部16から出力された測定光L10は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられたビームスプリッタ20及びダイクロイックミラー15で順次に反射され、集光部14から筐体11外に出射する。対象物100の表面で反射された測定光L10は、集光部14から筐体11内に入射してダイクロイックミラー15及びビームスプリッタ20で順次に反射され、測定部16に入射し、測定部16で検出される。
観察部17は、筐体11内において、調整部13に対して第1壁部21側(一方の壁部側とは反対側)に配置されている。観察部17は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。観察部17は、対象物100の表面(例えば、レーザ光L1が入射する側の表面)を観察するための観察光L20を出力し、集光部14を介して、対象物100の表面で反射された観察光L20を検出する。つまり、観察部17から出力された観察光L20は、集光部14を介して対象物100の表面に照射され、対象物100の表面で反射された観察光L20は、集光部14を介して観察部17で検出される。
より具体的には、観察部17から出力された観察光L20は、ビームスプリッタ20を透過してダイクロイックミラー15で反射され、集光部14から筐体11外に出射する。対象物100の表面で反射された観察光L20は、集光部14から筐体11内に入射してダイクロイックミラー15で反射され、ビームスプリッタ20を透過して観察部17に入射し、観察部17で検出される。なお、レーザ光L1、測定光L10及び観察光L20のそれぞれの波長は、互いに異なっている(少なくともそれぞれの中心波長が互いにずれている)。
駆動部18は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。駆動部18は、例えば圧電素子の駆動力によって、第6壁部26に配置された集光部14をZ方向に沿って移動させる。
回路部19は、筐体11内において、光学ベース29に対して第3壁部23側に配置されている。つまり、回路部19は、筐体11内において、調整部13、測定部16及び観察部17に対して第3壁部23側に配置されている。回路部19は、例えば、複数の回路基板である。回路部19は、測定部16から出力された信号、及び反射型空間光変調器34に入力する信号を処理する。回路部19は、測定部16から出力された信号に基づいて駆動部18を制御する。一例として、回路部19は、測定部16から出力された信号に基づいて、対象物100の表面と集光部14との距離が一定に維持されるように(すなわち、対象物100の表面とレーザ光L1の集光点との距離が一定に維持されるように)、駆動部18を制御する。なお、筐体11には、回路部19を制御部9(図1参照)等に電気的に接続するための配線が接続されるコネクタ(図示省略)が設けられている。
レーザ加工ヘッド10Bは、レーザ加工ヘッド10Aと同様に、筐体11と、入射部12と、調整部13と、集光部14と、ダイクロイックミラー15と、測定部16と、観察部17と、駆動部18と、回路部19と、を備えている。ただし、レーザ加工ヘッド10Bの各構成は、図2に示されるように、1対の取付部65,66間の中点を通り且つY方向に垂直な仮想平面に関して、レーザ加工ヘッド10Aの各構成と面対称の関係を有するように、配置されている。
例えば、レーザ加工ヘッド10Aの筐体(第1筐体)11は、第4壁部24が第3壁部23に対してレーザ加工ヘッド10B側に位置し且つ第6壁部26が第5壁部25に対して支持部7側に位置するように、取付部65に取り付けられている。これに対し、レーザ加工ヘッド10Bの筐体(第2筐体)11は、第4壁部24が第3壁部23に対してレーザ加工ヘッド10A側に位置し且つ第6壁部26が第5壁部25に対して支持部7側に位置するように、取付部66に取り付けられている。
レーザ加工ヘッド10Bの筐体11は、第3壁部23が取付部66側に配置された状態で筐体11が取付部66に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部66は、ベースプレート66aと、取付プレート66bと、を有している。ベースプレート66aは、移動部63に設けられたレールに取り付けられている。取付プレート66bは、ベースプレート66aにおけるレーザ加工ヘッド10A側の端部に立設されている。レーザ加工ヘッド10Bの筐体11は、第3壁部23が取付プレート66bに接触した状態で、取付部66に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Bの筐体11は、取付部66に対して着脱可能である。
[作用及び効果]
[作用及び効果]
レーザ加工ヘッド10Aでは、レーザ光L1を出力する光源が筐体11内に設けられていないため、筐体11の小型化を図ることができる。更に、筐体11において、第3壁部23と第4壁部24との距離が第1壁部21と第2壁部22との距離よりも小さく、第6壁部26に配置された集光部14がY方向において第4壁部24側に片寄っている。これにより、集光部14の光軸に垂直な方向に沿って筐体11を移動させる場合に、例えば、第4壁部24側に他の構成(例えば、レーザ加工ヘッド10B)が存在したとしても、当該他の構成に集光部14を近付けることができる。よって、レーザ加工ヘッド10Aは、集光部14をその光軸に垂直な方向に沿って移動させてもよい。
また、レーザ加工ヘッド10Aでは、入射部12が、第5壁部25に設けられており、Y方向において第4壁部24側に片寄っている。これにより、筐体11内の領域のうち調整部13に対して第3壁部23側の領域に他の構成(例えば、回路部19)を配置する等、当該領域を有効に利用することができる。
また、レーザ加工ヘッド10Aでは、集光部14が、X方向において第2壁部22側に片寄っている。これにより、集光部14の光軸に垂直な方向に沿って筐体11を移動させる場合に、例えば、第2壁部22側に他の構成が存在したとしても、当該他の構成に集光部14を近付けることができる。
また、レーザ加工ヘッド10Aでは、入射部12が、第5壁部25に設けられており、X方向において第2壁部22側に片寄っている。これにより、筐体11内の領域のうち調整部13に対して第1壁部21側の領域に他の構成(例えば、測定部16及び観察部17)を配置する等、当該領域を有効に利用することができる。
また、レーザ加工ヘッド10Aでは、測定部16及び観察部17が、筐体11内の領域のうち調整部13に対して第1壁部21側の領域に配置されており、回路部19が、筐体11内の領域のうち調整部13に対して第3壁部23側に配置されており、ダイクロイックミラー15が、筐体11内において調整部13と集光部14との間に配置されている。これにより、筐体11内の領域を有効に利用することができる。更に、レーザ加工装置1において、対象物100の表面と集光部14との距離の測定結果に基づいた加工が可能となる。また、レーザ加工装置1において、対象物100の表面の観察結果に基づいた加工が可能となる。
また、レーザ加工ヘッド10Aでは、回路部19が、測定部16から出力された信号に基づいて駆動部18を制御する。これにより、対象物100の表面と集光部14との距離の測定結果に基づいてレーザ光L1の集光点の位置を調整することができる。
また、レーザ加工ヘッド10Aでは、入射部12、並びに、調整部13のアッテネータ31、ビームエキスパンダ32及びミラー33が、Z方向に沿って延在する直線A1上に配置されており、調整部13の反射型空間光変調器34、結像光学系35及び集光部14、並びに、集光部14が、Z方向に沿って延在する直線A2上に配置されている。これにより、アッテネータ31、ビームエキスパンダ32、反射型空間光変調器34及び結像光学系35を有する調整部13をコンパクトに構成することができる。
また、レーザ加工ヘッド10Aでは、直線A1が、直線A2に対して第2壁部22側に位置している。これにより、筐体11内の領域のうち調整部13に対して第1壁部21側の領域において、集光部14を用いた他の光学系(例えば、測定部16及び観察部17)を構成する場合に、当該他の光学系の構成の自由度を向上させることができる。
以上の作用及び効果は、レーザ加工ヘッド10Bによっても同様に奏される。
また、レーザ加工装置1では、レーザ加工ヘッド10Aの集光部14が、レーザ加工ヘッド10Aの筐体11においてレーザ加工ヘッド10B側に片寄っており、レーザ加工ヘッド10Bの集光部14が、レーザ加工ヘッド10Bの筐体11においてレーザ加工ヘッド10A側に片寄っている。これにより、1対のレーザ加工ヘッド10A,10BのそれぞれをY方向に沿って移動させる場合に、レーザ加工ヘッド10Aの集光部14とレーザ加工ヘッド10Bの集光部14とを互いに近付けることができる。よって、レーザ加工装置1によれば、対象物100を効率良く加工することができる。
また、レーザ加工装置1では、1対の取付部65,66のそれぞれが、Y方向及びZ方向のそれぞれに沿って移動する。これにより、対象物100をより効率良く加工することができる。
また、レーザ加工装置1では、支持部7が、X方向及びY方向のそれぞれに沿って移動し、Z方向に平行な軸線を中心線として回転する。これにより、対象物100をより効率良く加工することができる。
[変形例]
[変形例]
例えば、図6に示されるように、入射部12、調整部13及び集光部14は、Z方向に沿って延在する直線A上に配置されていてもよい。これによれば、調整部13をコンパクトに構成することができる。その場合、調整部13は、反射型空間光変調器34及び結像光学系35を有していなくてもよい。また、調整部13は、アッテネータ31及びビームエキスパンダ32を有していてもよい。これによれば、アッテネータ31及びビームエキスパンダ32を有する調整部13をコンパクトに構成することができる。なお、アッテネータ31及びビームエキスパンダ32の配列の順序は、逆であってもよい。
また、筐体11は、第1壁部21、第2壁部22、第3壁部23及び第5壁部25の少なくとも1つがレーザ加工装置1の取付部65(又は取付部66)側に配置された状態で筐体11が取付部65(又は取付部66)に取り付けられるように、構成されていればよい。また、集光部14は、少なくともY方向において第4壁部24側に片寄っていればよい。これらによれば、Y方向に沿って筐体11を移動させる場合に、例えば、第4壁部24側に他の構成が存在したとしても、当該他の構成に集光部14を近付けることができる。また、Z方向に沿って筐体11を移動させる場合に、例えば、対象物100に集光部14を近付けることができる。
また、集光部14は、X方向において第1壁部21側に片寄っていてもよい。これによれば、集光部14の光軸に垂直な方向に沿って筐体11を移動させる場合に、例えば、第1壁部21側に他の構成が存在したとしても、当該他の構成に集光部14を近付けることができる。その場合、入射部12は、X方向において第1壁部21側に片寄っていてもよい。これによれば、筐体11内の領域のうち調整部13に対して第2壁部22側の領域に他の構成(例えば、測定部16及び観察部17)を配置する等、当該領域を有効に利用することができる。
また、光源ユニット8の出射部81aからレーザ加工ヘッド10Aの入射部12へのレーザ光L1の導光、及び光源ユニット8の出射部82aからレーザ加工ヘッド10Bの入射部12へのレーザ光L2の導光の少なくとも1つは、ミラーによって実施されてもよい。図7は、レーザ光L1がミラーによって導光されるレーザ加工装置1の一部分の正面図である。図7に示される構成では、レーザ光L1を反射するミラー3が、Y方向において光源ユニット8の出射部81aと対向し且つZ方向においてレーザ加工ヘッド10Aの入射部12と対向するように、移動機構6の移動部63に取り付けられている。
図7に示される構成では、移動機構6の移動部63をY方向に沿って移動させても、Y方向においてミラー3が光源ユニット8の出射部81aと対向する状態が維持される。また、移動機構6の取付部65をZ方向に沿って移動させても、Z方向においてミラー3がレーザ加工ヘッド10Aの入射部12と対向する状態が維持される。したがって、レーザ加工ヘッド10Aの位置によらず、光源ユニット8の出射部81aから出射されたレーザ光L1を、レーザ加工ヘッド10Aの入射部12に確実に入射させることができる。しかも、光ファイバ2による導光が困難な高出力長短パルスレーザ等の光源を利用することもできる。
また、図7に示される構成では、ミラー3は、角度調整及び位置調整の少なくとも1つが可能となるように、移動機構6の移動部63に取り付けられていてもよい。これによれば、光源ユニット8の出射部81aから出射されたレーザ光L1を、レーザ加工ヘッド10Aの入射部12に、より確実に入射させることができる。
また、光源ユニット8は、1つの光源を有するものであってもよい。その場合、光源ユニット8は、1つの光源から出力されたレーザ光の一部を出射部81aから出射させ且つ当該レーザ光の残部を出射部82bから出射させるように、構成されていればよい。
また、レーザ加工装置1は、1つのレーザ加工ヘッド10Aを備えていてもよい。1つのレーザ加工ヘッド10Aを備えるレーザ加工装置1でも、集光部14の光軸に垂直なY方向に沿って筐体11を移動させる場合に、例えば、第4壁部24側に他の構成が存在したとしても、当該他の構成に集光部14を近付けることができる。よって、1つのレーザ加工ヘッド10Aを備えるレーザ加工装置1によっても、対象物100を効率良く加工することができる。また、1つのレーザ加工ヘッド10Aを備えるレーザ加工装置1において、取付部65がZ方向に沿って移動すれば、対象物100をより効率良く加工することができる。また、1つのレーザ加工ヘッド10Aを備えるレーザ加工装置1において、支持部7が、X方向に沿って移動し、Z方向に平行な軸線を中心線として回転すれば、対象物100をより効率良く加工することができる。
また、レーザ加工装置1は、3つ以上のレーザ加工ヘッドを備えていてもよい。図8は、2対のレーザ加工ヘッドを備えるレーザ加工装置1の斜視図である。図8に示されるレーザ加工装置1は、複数の移動機構200,300,400と、支持部7と、1対のレーザ加工ヘッド10A,10Bと、1対のレーザ加工ヘッド10C,10Dと、光源ユニット(図示省略)と、を備えている。
移動機構200は、X方向、Y方向及びZ方向のそれぞれの方向に沿って支持部7を移動させ、Z方向に平行な軸線を中心線として支持部7を回転させる。
移動機構300は、固定部301と、1対の取付部(第1取付部、第2取付部)305,306と、を有している。固定部301は、装置フレーム(図示省略)に取り付けられている。1対の取付部305,306のそれぞれは、固定部301に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Y方向に沿って移動することができる。
移動機構400は、固定部401と、1対の取付部(第1取付部、第2取付部)405,406と、を有している。固定部401は、装置フレーム(図示省略)に取り付けられている。1対の取付部405,406のそれぞれは、固定部401に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、X方向に沿って移動することができる。なお、固定部401のレールは、固定部301のレールと立体的に交差するように配置されている。
レーザ加工ヘッド10Aは、移動機構300の取付部305に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Aは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド10Aから出射されるレーザ光は、光源ユニット(図示省略)から光ファイバ2によって導光される。レーザ加工ヘッド10Bは、移動機構300の取付部306に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Bは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド10Bから出射されるレーザ光は、光源ユニット(図示省略)から光ファイバ2によって導光される。
レーザ加工ヘッド10Cは、移動機構400の取付部405に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Cは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド10Cから出射されるレーザ光は、光源ユニット(図示省略)から光ファイバ2によって導光される。レーザ加工ヘッド10Dは、移動機構400の取付部406に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Dは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド10Dから出射されるレーザ光は、光源ユニット(図示省略)から光ファイバ2によって導光される。
図8に示されるレーザ加工装置1における1対のレーザ加工ヘッド10A,10Bの構成は、図1に示されるレーザ加工装置1における1対のレーザ加工ヘッド10A,10Bの構成と同様である。図8に示されるレーザ加工装置1における1対のレーザ加工ヘッド10C,10Dの構成は、図1に示されるレーザ加工装置1における1対のレーザ加工ヘッド10A,10BをZ方向に平行な軸線を中心線として90°回転した場合の1対のレーザ加工ヘッド10A,10Bの構成と同様である。
例えば、レーザ加工ヘッド10Cの筐体(第1筐体)11は、第4壁部24が第3壁部23に対してレーザ加工ヘッド10D側に位置し且つ第6壁部26が第5壁部25に対して支持部7側に位置するように、取付部65に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Cの集光部14は、Y方向において第4壁部24側(すなわち、レーザ加工ヘッド10D側)に片寄っている。
レーザ加工ヘッド10Dの筐体(第2筐体)11は、第4壁部24が第3壁部23に対してレーザ加工ヘッド10C側に位置し且つ第6壁部26が第5壁部25に対して支持部7側に位置するように、取付部66に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Dの集光部14は、Y方向において第4壁部24側(すなわち、レーザ加工ヘッド10C側)に片寄っている。
以上により、図8に示されるレーザ加工装置1では、1対のレーザ加工ヘッド10A,10BのそれぞれをY方向に沿って移動させる場合に、レーザ加工ヘッド10Aの集光部14とレーザ加工ヘッド10Bの集光部14とを互いに近付けることができる。また、1対のレーザ加工ヘッド10C,10DのそれぞれをX方向に沿って移動させる場合に、レーザ加工ヘッド10Cの集光部14とレーザ加工ヘッド10Dの集光部14とを互いに近付けることができる。
また、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置は、対象物100の内部に改質領域を形成するためのものに限定されず、他のレーザ加工を実施するためのものであってもよい。
次に、実施形態を説明する。以下、上述した実施形態と重複する説明は省略する。
図9に示されるレーザ加工装置101は、対象物100に集光位置(少なくとも集光領域の一部,集光点)を合わせてレーザ光を照射することにより、対象物100に改質領域を形成する装置である。レーザ加工装置101は、トリミング加工、放射カット加工及び剥離加工を対象物100に施し、半導体デバイスを取得(製造)する。トリミング加工は、対象物100において不要部分を除去するための加工である。放射カット加工は、トリミング加工で除去する当該不要部分を分離するための加工である。剥離加工は、対象物100の一部分を剥離するための加工である。
対象物100は、例えば円板状に形成された半導体ウェハを含む。対象物としては特に限定されず、種々の材料で形成されていてもよいし、種々の形状を呈していてもよい。対象物100の表面100aには、機能素子(不図示)が形成されている。機能素子は、例えば、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、メモリ等の回路素子等である。
図10(a)及び図10(b)に示されるように、対象物100には、有効領域R及び除去領域Eが設定されている。有効領域Rは、取得する半導体デバイスに対応する部分である。有効領域Rは、デバイス領域である。例えば有効領域Rは、対象物100を厚さ方向から見て中央部分を含む円板状の部分である。有効領域Rは、除去領域Eよりも内側の内側領域である。除去領域Eは、対象物100における有効領域Rよりも外側の領域である。除去領域Eは、対象物100において有効領域R以外の外縁部分である。例えば除去領域Eは、有効領域Rを囲う円環状の部分である。除去領域Eは、対象物100を厚さ方向から見て周縁部分(外縁のベベル部)を含む。除去領域Eは、放射カット加工の対象となる放射カット領域である。
対象物100には、剥離予定面としての仮想面M1が設定されている。仮想面M1は、剥離加工による改質領域の形成を予定する面である。仮想面M1は、対象物100のレーザ光入射面である裏面100bに対向する面である。仮想面M1は、裏面100bに平行な面であり、例えば円形状を呈している。仮想面M1は、仮想的な領域であり、平面に限定されず、曲面ないし3次元状の面であってもよい。有効領域R、除去領域E及び仮想面M1の設定は、制御部9において行うことができる。有効領域R、除去領域E及び仮想面M1は、座標指定されたものであってもよい。
対象物100には、トリミング予定ラインとしてのライン(環状ライン)M2が設定されている。ラインM2は、トリミング加工による改質領域の形成を予定するラインである。ラインM2は、対象物100の外縁の内側において環状に延在する。ここでのラインM2は、円環状に延在する。ラインM2は、対象物100の内部における仮想面M1よりもレーザ光入射面とは反対側の部分にて、有効領域Rと除去領域Eとの境界に設定されている。ラインM2の設定は、制御部9において行うことができる。ラインM2は、仮想的なラインであるが、実際に引かれたラインであってもよい。ラインM2は、座標指定されたものであってもよい。ラインM2の設定に関する説明は、後述のラインM3~M4においても同様である。
対象物100には、放射カット予定ラインとしてのライン(直線状ライン)M3が設定されている。ラインM3は、放射カット加工による改質領域の形成を予定するラインである。ラインM3は、レーザ光入射面から見て、対象物100の径方向に沿う直線状(放射状)に延在する。ラインM3は、レーザ光入射面から見て、除去領域Eが周方向に等分割(ここでは四分割)するように複数設定されている。図示する例では、ラインM3は、レーザ光入射面から見て、一方向に延びるラインM3a,M3bと、一方向に直交する他方向に延びるラインM3c,M3dと、を含む。
図9に示されるように、レーザ加工装置101は、ステージ107、レーザ加工ヘッド10A、第1Z軸レール106A、Y軸レール108、撮像部110、GUI(Graphical User Interface)111、及び、制御部9を備える。ステージ107は、対象物100を支持する支持部である。ステージ107は、上記支持部7(図1参照)と同様に構成されている。ステージ107の支持面107aには、対象物100の裏面100bをレーザ光入射面側である上側にした状態(表面100aをステージ107側である下側にした状態)で、対象物100が載置される。ステージ107は、その中心に設けられた回転軸Cを有する。回転軸Cは、集光部14の光軸方向であるZ方向に沿って延びる軸である。ステージ107は、回転軸Cを中心に回転可能である。ステージ107は、モータ等の公知の駆動装置の駆動力により回転駆動される。
レーザ加工ヘッド10Aは、ステージ107に載置された対象物100に集光部14を介してレーザ光L1(図11(a)参照)をZ方向に沿って照射し、当該対象物100の内部に改質領域を形成する。レーザ加工ヘッド10Aは、第1Z軸レール106A及びY軸レール108に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Aは、モータ等の公知の駆動装置の駆動力により、第1Z軸レール106Aに沿ってZ方向に直線的に移動可能である。レーザ加工ヘッド10Aは、モータ等の公知の駆動装置の駆動力により、Y軸レール108に沿ってY方向に直線的に移動可能である。レーザ加工ヘッド10Aは、照射部を構成する。集光部14は、集光レンズを含む。
レーザ加工ヘッド10Aは、反射型空間光変調器34及び測距センサ36を備える。反射型空間光変調器34は、レーザ光L1の光軸に垂直な面内における集光点の形状(以下、「ビーム形状」ともいう)を成形する成形部を構成する。反射型空間光変調器34は、ビーム形状が長手方向を有するようにレーザ光L1を成形する。例えば反射型空間光変調器34は、ビーム形状を楕円形状とする変調パターンを液晶層に表示させることで、ビーム形状を楕円形状へ成形する。
測距センサ36は、対象物100のレーザ光入射面に対して測距用レーザ光を出射し、当該レーザ光入射面によって反射された測距用の光を検出することで、対象物100のレーザ光入射面の変位データを取得する。測距センサ36としては、レーザ光L1と別軸のセンサである場合、三角測距方式、レーザ共焦点方式、白色共焦点方式、分光干渉方式、非点収差方式等のセンサを利用することができる。測距センサ36としては、レーザ光L1と同軸のセンサである場合、非点収差方式等のセンサを利用することができる。レーザ加工ヘッド10Aの回路部19(図3参照)は、測距センサ36で取得した変位データに基づいて、集光部14がレーザ光入射面に追従するように駆動部18を駆動させる。これにより、対象物100のレーザ光入射面とレーザ光L1の集光点との距離が一定に維持されるように、当該変位データに基づき集光部14がZ方向に沿って移動する。このような測距センサ36及びその制御(以下、「追従制御」ともいう)については、他のレーザ加工ヘッドにおいても同様である。
第1Z軸レール106Aは、Z方向に沿って延びるレールである。第1Z軸レール106Aは、取付部65を介してレーザ加工ヘッド10Aに取り付けられている。第1Z軸レール106Aは、レーザ光L1の集光位置がZ方向(仮想面M1と交差する方向)に沿って移動するように、レーザ加工ヘッド10AをZ方向に沿って移動させる。Y軸レール108は、Y方向に沿って延びるレールである。Y軸レール108は、第1Z軸レール106Aに取り付けられている。Y軸レール108は、レーザ光L1の集光位置がY方向(仮想面M1に沿う方向)に沿って移動するように、レーザ加工ヘッド10AをY方向に沿って移動させる。第1Z軸レール106A及びY軸レール108は、上記移動機構6(図1参照)又は上記移動機構300(図8参照)のレールに対応する。第1Z軸レール106A及びY軸レール108は、集光部14によるレーザ光L1の集光位置が移動するようにステージ107及びレーザ加工ヘッド10Aの少なくとも一方を移動させる。以下、集光部14によるレーザ光L1の集光位置を単に「集光位置」ともいう。
撮像部110は、レーザ光L1の入射方向に沿う方向から対象物100を撮像する。撮像部110は、アライメントカメラAC及び撮像ユニットIRを含む。アライメントカメラAC及び撮像ユニットIRは、レーザ加工ヘッド10Aと共に取付部65に取り付けられている。アライメントカメラACは、例えば、対象物100を透過する光を用いてデバイスパターン等を撮像する。これにより得られる画像は、対象物100に対するレーザ光L1の照射位置のアライメントに供される。
撮像ユニットIRは、対象物100を透過する光により対象物100を撮像する。例えば、対象物100がシリコンを含むウェハである場合、撮像ユニットIRにおいては近赤外領域の光が用いられる。撮像ユニットIRは、光源と、対物レンズと、光検出部と、を有する。光源は、対象物100に対して透過性を有する光を出力する。光源は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタによって構成されており、例えば近赤外領域の光を出力する。光源から出力された光は、ミラー等の光学系によって導光されて対物レンズを通過し、対象物100に照射される。対物レンズは、対象物100のレーザ光入射面とは反対側の面で反射された光を通過させる。つまり、対物レンズは、対象物100を伝搬(透過)した光を通過させる。対物レンズは、補正環を有している。補正環は、例えば対物レンズを構成する複数のレンズにおける相互間の距離を調整することにより、対象物100内において光に生じる収差を補正する。光検出部は、対物レンズを通過した光を検出する。光検出部は、例えば、InGaAsカメラによって構成されており、近赤外領域の光を検出する。撮像ユニットIRは、対象物100の内部に形成された改質領域、及び、改質領域から延びる亀裂の少なくとも何れかを撮像することができる。レーザ加工装置101においては、撮像ユニットIRを用いて、非破壊にてレーザ加工の加工状態を確認できる。
GUI111は、各種の情報を表示する。GUI111は、例えばタッチパネルディスプレイを含む。GUI111には、ユーザのタッチ等の操作により、加工条件に関する各種の設定が入力される。GUI111は、ユーザからの入力を受け付ける入力部を構成する。
制御部9は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部9では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア(プログラム)が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。制御部9は、レーザ加工装置101の各部を制御し、各種の機能を実現する。
制御部9は、ステージ107と、レーザ加工ヘッド10Aと、上記移動機構6(図1参照)又は上記移動機構300(図1参照)と、を少なくとも制御する。制御部9は、ステージ107の回転、レーザ加工ヘッド10Aからのレーザ光L1の照射、及び、レーザ光L1の集光位置の移動を制御する。制御部9は、ステージ107の回転量に関する回転情報(以下、「θ情報」ともいう)に基づいて、各種の制御を実行可能である。θ情報は、ステージ107を回転させる駆動装置の駆動量から取得されてもよいし、別途のセンサ等により取得されてもよい。θ情報は、公知の種々の手法により取得することができる。
制御部9は、ステージ107を回転させながら、対象物100におけるラインM2(有効領域Rの周縁)上に集光位置を位置させた状態で、θ情報に基づいてレーザ加工ヘッド10Aにおけるレーザ光L1の照射の開始及び停止を制御することにより、有効領域Rの周縁に沿って改質領域を形成させるトリミング処理を実行する。トリミング処理は、トリミング加工を実現する制御部9の処理である。
制御部9は、ステージ107を回転させずに、対象物100におけるラインM3上に集光位置を位置させた状態で、レーザ加工ヘッド10Aにおけるレーザ光L1の照射の開始及び停止を制御すると共に、当該レーザ光L1の集光位置をラインM3に沿って移動させることにより、ラインにM3に沿って除去領域Eに改質領域を形成させる放射カット処理を実行する。放射カット処理は、放射カット加工を実現する制御部9の処理である。
制御部9は、ステージ107を回転させながら、レーザ加工ヘッド10Aからレーザ光L1を照射させると共に、集光位置のY方向における移動を制御することにより、対象物100の内部において仮想面M1に沿って改質領域を形成させる剥離処理を実行する。剥離処理は、剥離加工を実現する制御部9の処理である。制御部9は、GUI111の表示を制御する。GUI111から入力された各種の設定に基づいて、トリミング処理、放射カット処理及び剥離処理を実行する。
改質領域の形成及びその停止の切り替えは、次のようにして実現することができる。例えば、レーザ加工ヘッド10Aにおいて、レーザ光L1の照射(出力)の開始及び停止(ON/OFF)を切替えることで、改質領域の形成と当該形成の停止とを切り替えることが可能である。具体的には、レーザ発振器が固体レーザで構成されている場合、共振器内に設けられたQスイッチ(AOM(音響光学変調器)、EOM(電気光学変調器)等)のON/OFFが切り替えられることで、レーザ光L1の照射の開始及び停止が高速に切り替えられる。レーザ発振器がファイバレーザで構成されている場合、シードレーザ、アンプ(励起用)レーザを構成する半導体レーザの出力のON/OFFが切り替えられることで、レーザ光L1の照射の開始及び停止が高速に切り替えられる。レーザ発振器が外部変調素子を用いている場合、共振器外に設けられた外部変調素子(AOM、EOM等)のON/OFFが切り替えられることで、レーザ光L1の照射のON/OFFが高速に切り替えられる。
或いは、改質領域の形成及びその停止の切り替えは、次のようにして実現してもよい。例えば、シャッタ等の機械式機構を制御するによってレーザ光L1の光路を開閉し、改質領域の形成と当該形成の停止とを切り替えてもよい。レーザ光L1をCW光(連続波)へ切り替えることで、改質領域の形成を停止させてもよい。反射型空間光変調器34の液晶層に、レーザ光L1の集光状態を改質できない状態とするパターン(例えば、レーザ散乱させる梨地模様のパターン)を表示することで、改質領域の形成を停止させてもよい。アッテネータ等の出力調整部を制御し、改質領域が形成できないようにレーザ光L1の出力に低下させることで、改質領域の形成を停止させてもよい。偏光方向を切り替えることで、改質領域の形成を停止させてもよい。レーザ光L1を光軸以外の方向に散乱させて(飛ばして)カットすることで、改質領域の形成を停止させてもよい。
次に、レーザ加工装置101を用いて、対象物100にトリミング加工、放射カット加工及び剥離加工を施し、半導体デバイスを取得(製造)するレーザ加工方法の一例について、以下に説明する。
まず、裏面100bをレーザ光入射面側にした状態でステージ107上に対象物100を載置する。対象物100において機能素子が搭載された表面100a側は、支持基板ないしテープ材が接着されて保護されている。
続いて、トリミング加工を実施する。トリミング加工では、制御部9によりトリミング処理(第1処理)を実行する。トリミング加工は、トリミング工程(第1工程)を含む。具体的には、トリミング加工では、図11(a)に示されるように、ステージ107を一定の回転速度で回転しながら、ラインM2上に集光位置P1を位置させた状態で、θ情報に基づいてレーザ加工ヘッド10Aにおけるレーザ光L1の照射の開始及び停止を制御する。これにより、図11(b)及び11(c)に示されるように、ラインM2に沿って改質領域4を形成する。形成した改質領域4は、改質スポット及び改質スポットから延びる亀裂を含む。
続いて、放射カット加工を実施する。放射カット加工では、制御部9により放射カット処理(第2処理)を実行する。放射カット加工は、放射カット工程(第2工程)を含む。具体的には、放射カット加工では、図11(b)及び図12(a)に示されるように、ステージ107を回転させずに、レーザ加工ヘッド10Aからレーザ光L1を照射すると共に、集光位置P1がラインM3a,M3bに沿って移動するように、レーザ加工ヘッド10AをY軸レール108に沿って移動する。ステージ107を90度回転させた後、ステージ107を回転させずに、レーザ加工ヘッド10Aからレーザ光L1を照射すると共に、集光位置P1がラインM3c,M3dに沿って移動するように、レーザ加工ヘッド10AをY軸レール108に沿って移動する。これにより、図12(b)に示されるように、ラインM3に沿って改質領域4を形成する。形成した改質領域4は、改質スポット及び改質スポットから延びる亀裂を含む。この亀裂は、表面100a及び裏面100bの少なくとも何れかに到達していてもよいし、表面100a及び裏面100bの少なくとも何れかに到達していなくてもよい。その後、図13(a)及び図13(b)に示されるように、例えば冶具又はエアーにより、改質領域4を境界として、除去領域Eを切り分けて除去する(取り除く)。
続いて、剥離加工を実施する。具体的には、図13(c)に示されるように、ステージ107を一定の回転速度で回転させながら、レーザ加工ヘッド10Aからレーザ光L1を照射すると共に、集光位置P1が仮想面M1の外縁側から内側にY方向に沿って移動するように、レーザ加工ヘッド10AをY軸レール108に沿って移動する。これにより、図13(a)及び図13(b)に示されるように、対象物100の内部において仮想面M1に沿って、回転軸C(図9参照)の位置を中心とする渦巻き状(インボリュート曲線)に延びる改質領域4を形成する。形成した改質領域4は、複数の改質スポットを含む。
続いて、図14(c)に示されるように、例えば吸着冶具により、仮想面M1に渡る改質領域4を境界として、対象物100の一部を剥離する。対象物100の剥離は、ステージ107上で実施してもよいし、剥離専用のエリアに移動させて実施してもよい。対象物100の剥離は、エアーブロー又はテープ材を利用して剥離してもよい。外部応力だけで対象物100を剥離できない場合には、対象物100に反応するエッチング液(KOH又はTMAH等)で改質領域4を選択的にエッチングしてもよい。これにより、対象物100を容易に剥離することが可能となる。図14(d)に示されるように、対象物100の剥離面100hに対して仕上げの研削、ないし砥石等の研磨材KMによる研磨を行う。エッチングにより対象物100を剥離している場合、当該研磨を簡略化することができる。以上の結果、半導体デバイス100Kが取得される。
次に、剥離加工に関して、詳説する。
レーザ加工装置101及びそれにより実施されるレーザ加工方法では、対象物100に集光領域の一部を合わせてレーザ光を照射することにより、対象物100の内部において仮想面M1に沿って改質領域4を形成する。レーザ加工装置101は、上述したように、ビーム形状が長手方向を有するようにレーザ光L1を成形する成形部として、反射型空間光変調器34を備える。
図15及び図16(a)に示されるように、反射型空間光変調器34により成形するビーム形状71は、楕円形状である。ビーム形状71は、楕円率が0.88~0.95の形状である。楕円率とは、ビーム形状71における長手方向の長さと短手方向の長さとの比である。なお、ビーム形状71は、楕円形状に限定されず、長尺形状であればよい。ビーム形状は、扁平円形状、長円形状又はトラック形状であってもよい。ビーム形状は、長尺な三角形形状、矩形形状又は多角形形状であってもよい。例えばビーム形状71は、楕円の一部が欠けたような形状であってもよい(図16(b)参照)。このようなビーム形状71を実現する反射型空間光変調器34の変調パターンは、スリットパターン及び非点パターンの少なくとも何れかを含んでいてもよい。レーザ光L1が非点収差等によって複数の集光点を有する場合、複数の集光点のうち、レーザ光L1の光路における最も上流側の集光点の形状が、本実施形態のビーム形状71であってもよい。ここでの長手方向は、ビーム形状71に係る楕円形状の長軸方向であり、楕円長軸方向とも称される。
楕円形状のビーム形状71は、集光領域(集光する領域)の一部の形状であればよい。ビーム形状71の平面内のビーム強度分布では、長手方向に強い強度を持つ分布になっており、ビーム強度の強い方向が長手方向と一致する。反射型空間光変調器34の変調パターンを調整することによって、Z方向におけるビーム形状71となる位置を所望に制御することができる。成形部としては、反射型空間光変調器34に限定されず、スリット光学系(機械的スリット等を含む)又は非点収差光学系(シリンドリカルレンズ等を含む)であってもよい。
ビーム形状71が有する長手方向は、加工進行方向に対して45°以上傾いた方向である。加工進行方向は、レーザ光L1の集光領域の一部の移動方向である。加工進行方向は、後述のラインM4の延在方向である。以下、加工進行方向に対してビーム形状71の長手方向が傾く角度を、「ビーム回転角度」ともいう。本実施形態では、ビーム形状71が有する長手方向は、加工進行方向の垂直方向に沿う方向である。つまり、ビーム回転角度は90°である。
制御部9は、反射型空間光変調器34を制御し、ビーム形状が上述したような長手方向を有するようにレーザ光L1を成形させる。制御部9は、対象物100おいて周縁から内側に向かって渦巻き状に延在するライン(加工用ライン)M4に沿って、集光点を相対的に移動させ、対象物100の内部に改質領域4を形成させる。ラインM4は、仮想面M1上の有効領域Rに設定されている。ラインM4は、対象物100の中心位置を中心とする渦巻き状に延びる。
GUI111は、ビーム形状71に関する情報、ビーム回転角度に関する情報、及び、反射型空間光変調器34の設定に関する情報のうちの少なくとも何れかの入力を、ユーザから受付け可能である。制御部9は、GUI111の入力に基づいて、レーザ加工装置101の各種の動作を制御する。
剥離加工では、まず、ステージ107を一定の回転速度で回転させる。レーザ加工ヘッド10Aからレーザ光L1を照射させる(照射工程)。これと共に、レーザ加工ヘッド10AをY軸レール108に沿って移動させ、レーザ光L1の集光点を仮想面M1の外縁側から内側にY方向に沿って移動させる(移動工程)。これにより、ラインM4に沿ってレーザ光L1の集光点を相対的に移動させる。ここで、照射工程では、制御部9により反射型空間光変調器34を制御し、ビーム回転角度が90°となる長手方向をビーム形状71が有するようにレーザ光L1を成形する(成形工程)。以上により、対象物100の内部の仮想面M1上に、ラインM4に沿って改質領域4を形成する。
図17(a)は、円形状のビーム形状のレーザ光を用いた比較例に係る剥離加工結果を説明する図である。図17(b)は、楕円形状で且つビーム回転角度が90°のビーム形状71のレーザ光L1を用いた本実施形態に係る剥離加工結果を説明する図である。図17(a)及び図17(b)は、仮想面M1に沿った断面の断面図である。加工インデックス方向は、レーザ光入射面から見てラインM4の延在方向に直交する方向である。ここでの加工インデックス方向は、Y方向において対象物100の周縁から内側に向かう方向である。
比較例に係る剥離加工結果では、少ないエネルギで円形の改質スポットS1を形成できるが、図17(a)に示されるように、改質スポットS1から仮想面M1に沿って伸びる亀裂C1が繋がりにくい。一方、本実施形態では、ビーム形状71の楕円形状に対応する改質スポットS2を形成でき、この改質スポットS2から仮想面M1に沿って伸びる亀裂C2は、ビーム形状71の長手方向に対応する改質スポットS2の長手方向に伸びやすいことが見出される。当該長手方向は、加工進行方向と交差する方向であることから、加工進行方向と交差する方向への亀裂C2を伸びやすくして、仮想面M1に沿う亀裂の進展を促すことができる。
したがって、本実施形態によれば、例えば、加工進行方向と交差する方向(ここでは、加工インデックス方向)における改質スポットS2の間隔(ラインM4の間隔)を広くしても、仮想面M1に沿って亀裂C2を十分に進展させることが可能となる。その結果、対象物100の内部において仮想面M1に沿って改質領域4を形成する場合において、タクトアップを実現することが可能となる。
以下の第1剥離加工結果(表1参照)は、第1比較例及び第1実施例に係る剥離加工の結果である。第1比較例及び第1実施例では、次の条件を共通加工条件としている。すなわち、レーザ光L1を2分岐しており、分岐距離Xを100μmとし、分岐距離Yを60μmとしている。分岐距離Xは、レーザ光L1を2分岐して成る2つのビーム形状71についての加工進行方向の距離であり、分岐距離Yは、当該2つのビーム形状71についての加工インデックス方向の距離である(図18参照)。レーザ光L1の出力は3.7W、パルスエネルギ(分岐で20%ロスを想定した換算値)は18.5μJ、パルスピッチは6.25μm、周波数は80kHz、パルス幅は700nsとしている。対象物100は、その主面の面方位が[100]のウェハであって、対象物100の0°方向は110面に対応する。
[第1剥離加工結果]
[第1剥離加工結果]
SFC状態は、スライシングフルカット状態を意味する。スライシングフルカット状態は、仮想面M1に沿って形成された改質領域4に含まれる複数の改質スポットから伸びる亀裂が、仮想面M1に沿って伸展して互いに繋がる状態である。スライシングフルカット状態は、改質スポットから伸びる亀裂が、撮像部110で得られた画像上において左右上下に伸展し、ラインM4を跨いで繋がっている状態である。スライシングフルカット状態は、撮像部110で得られた画像上において改質スポットが確認できない状態(当該亀裂により形成された空間ないし隙間が確認される状態)である。
上記の第1剥離加工結果によれば、ビーム形状71を長手方向を有する形状とし、当該長手方向を加工進行方向と交差する方向にすること(例えば、ビーム形状71を楕円形状とし、ビーム回転角度を90°とすること)で、ビーム形状71が円形状の場合と比べて、加工進行方向と交差する方向への亀裂を伸びやすくして、仮想面M1に沿う亀裂の進展を促し得ることがわかる。
図19(a)は、楕円率とビーム形状71との関係を示す図である。図19(b)は、楕円率及びビーム回転角度とスライシングフルカット状態の発生率とを示す図である。図中の「-」は、測定不能を表している。図19(a)及び図19(b)に示されるように、ビーム形状71の楕円率が0.88よりも小さい場合には、スライシングフルカット状態の発生率が極めて低いことが見出される。例えばビーム形状71の楕円率が0.59であると、スライシングフルカット状態の発生率が0%であることがわかる。ビーム形状71の楕円率が0.95よりも大きい場合には、スライシングフルカット状態の発生率が極めて低いことがわかる。例えばビーム形状71の楕円率が1(真円)であると、スライシングフルカット状態の発生率が40%であることがわかる。
したがって、本実施形態では、集光領域の一部の形状は、楕円率が0.88~0.95の形状である。これにより、仮想面M1に沿う亀裂の進展を一層促すことができる。ビーム形状71が有する長手方向に沿って亀裂を一層伸びやすくし、スライシングフルカット状態の発生率を高めることができる。
また、図19(b)に示されるように、楕円形状のビーム形状71のビーム回転角度が0°であると、スライシングフルカット状態の発生率が極めて低いことがわかる。楕円形状のビーム形状71のビーム回転角度が90°であると、スライシングフルカット状態の発生率を高め得ることがわかる。なお、楕円形状のビーム形状71のビーム回転角度が0°の場合とは、ビーム形状71の長手方向が加工進行方向に沿う場合である(図20参照)。
以下の第2剥離加工結果(表2参照)は、ビーム回転角度を変化させた場合の剥離加工の結果である。第2剥離加工結果の共通加工条件については、パルスピッチが10μmである以外は上記の第1剥離加工結果の共通加工条件と同様である。楕円率は、0.95としている。なお、第2剥離加工結果において、例えば楕円形状のビーム形状71のビーム回転角度が60°の場合とは、加工進行方向に対してビーム形状71の長手方向が傾く角度が60°の場合である(図21参照)。
[第2剥離加工結果]
[第2剥離加工結果]
上記の第2剥離加工結果によれば、ビーム回転角度を45°以上とすることで、加工進行方向と交差する方向への亀裂を一層伸びやすくして、仮想面M1に沿う亀裂の進展を一層促し得ることがわかる。また、ビーム回転角度を90°とすることで、加工進行方向と交差する方向への亀裂をより一層伸びやすくして、仮想面M1に沿う亀裂の進展をより一層促し得ることがわかる。
したがって、本実施形態では、ビーム形状71の長手方向は、加工進行方向に対して45°以上傾いた方向である。この場合、仮想面M1に沿う亀裂の進展を一層促すことができる。本実施形態では、ビーム形状71の長手方向は、加工進行方向の垂直方向に沿う方向である。この場合、仮想面M1に沿う亀裂の進展をより一層促すことができる。
以下の第3剥離加工結果(表3及び表4参照)は、パルスピッチを変化させた場合の剥離加工の結果である。第3剥離加工結果の共通加工条件については、パルピッチ以外は上記の第1剥離加工結果の共通加工条件と同様である。楕円率は、0.95とし、ビーム回転角度は、90°としている。
[第3剥離加工結果]
[第3剥離加工結果]
上記の第3剥離加工結果によれば、パルスピッチは6.25μm~10μmとすることで、加工進行方向と交差する方向への亀裂を一層伸びやすくして、仮想面M1に沿う亀裂の進展を一層促し得ることがわかる。
以下の第4剥離加工結果(表5及び表6参照)は、パルスエネルギを変化させた場合の剥離加工の結果である。第4剥離加工結果の共通加工条件については、パルスエネルギ以外は上記の第2剥離加工結果の共通加工条件と同様である。楕円率は、0.95としている。
[第3剥離加工結果]
[第3剥離加工結果]
上記の第4剥離加工結果によれば、パルスエネルギを18.5μJ(16μJよりも大きく20μJよりも小さい)とすることで、加工進行方向と交差する方向への亀裂を一層伸びやすくして、仮想面M1に沿う亀裂の進展を一層促し得ることがわかる。
本実施形態では、制御部9は、対象物100において周縁から内側に向かって渦巻き状に延在するラインM4に沿って、集光領域の一部を相対的に移動させ、対象物100の内部に改質領域4を形成する。これにより、仮想面M1に渡る改質領域4及び改質領域4から伸びる亀裂を境界として、対象物100の一部を精度よく剥離することができる。
本実施形態では、ビーム形状71に関する情報、ビーム回転角度に関する情報、及び、反射型空間光変調器34の設定に関する情報のうちの少なくとも何れかの入力を、ユーザから受付け可能なGUI111を備える。制御部9は、GUI111の入力に基づいて、ステージ107の回転、レーザ加工ヘッド10AからのレーザL1の照射、及び、レーザ加工ヘッド10AのY軸レール108に沿った移動を制御する。これにより、剥離加工を実施するに当たり、ビーム形状71に関する情報、ビーム回転角度に関する情報、及び、反射型空間光変調器34の設定に関する情報のうちの少なくとも何れかを所望に設定することができる。仮想面M1に沿う亀裂の進展を促すように、ビーム形状71及びビーム回転角度等を容易に調整することができる。
図22は、GUI111のタッチパネル111aに表示する設定画面の例を示す図である。GUI111のタッチパネル111aによれば、各種の詳細設定を表示及び入力することができる。図22に示されるように、GUI111を介して表示及び入力させる設定の項目例は、例えば、対象物100の厚さ、反射型空間光変調器34のXオフセット、反射型空間光変調器34のYオフセット、ビーム形状、ビーム回転角度、加工インデックスを含む。また、GUI111を介して表示及び入力させる設定の項目例は、例えば、焦点数、分岐距離X、分岐距離Y、レーザ光L1のパルス幅、周波数、加工深さ、加工速度、レーザ光L1の出力、集光補正レベルを含む。
反射型空間光変調器34のXオフセットは、液晶層において変調パターンを表示させる際の液晶層の基準位置を、所定方向にオフセットとさせる距離である。反射型空間光変調器34のYオフセットは、液晶層において変調パターンを表示させる際の液晶層の基準位置を、当該所定方向の直交方向にオフセットとさせる距離である。加工インデックスは、加工インデックス方向において隣接する一対の改質スポットの間の距離である。集光補正レベルは、加工位置における収差補正の強さの程度であり、数字が大きいほど収差補正が大きい。各種の入力は、ユーザが値を指定、ユーザがドロップダウンで選択、又は、自動選択することによって実現できる。
ビーム形状の入力では、楕円と真円とを指定ないし選択させてもよいし、楕円率又はそれを実現する変調パターン名を指定ないし選択させてもよいし、変調パターンの強度を指定ないし選択させてもよい。出力は、レーザ光L1のトータルの出力であってもよいし、レーザ光L1を分岐して成る各ビームの出力であってもよい。分岐距離X及び分岐距離Yの入力では、値を指定させてもよいし、有り無しを選択させてもよい。
図23は、GUI111のタッチパネル111aに表示する設定画面の他の例を示す図である。図23に示されるように、GUI111を介して表示及び入力させる設定の項目例は、図22に示される例に対して、ビーム形状及びビーム回転角度を含まず、スリットを含む。スリットは、ビーム形状71が上述の長手方向を有する形状となるようにレーザ光L1を成形する成形部に対応する項目である。スリットの入力では、有り無しを選択させてもよいし、所望のビーム形状71とすべくスリット幅を入力又は選択させてもよい。
[変形例]
以上、本発明の一態様は、上述した実施形態に限定されない。
以上、本発明の一態様は、上述した実施形態に限定されない。
上記実施形態では、剥離加工により対象物100を剥離する前に、改質領域4を形成するトリミング加工及び放射カット加工を行ったが、剥離加工、トリミング加工及び放射カット加工の実施順は順不同である。トリミング加工及び放射カット加工の少なくとも何れかは実施しなくてもよい。
上記実施形態では、剥離加工において改質領域4を形成するための加工用ラインとして渦巻き状のラインM4を設定したが、これに限定されず、種々の形状の加工用ラインが対象物100に設定されていてもよい。例えば、直線状の複数のライン(並行ライン)が、所定方向に並ぶように対象物100に設定されていてもよい。
上記実施形態は、照射部として複数のレーザ加工ヘッドを備えていてもよい。照射部として複数のレーザ加工ヘッドを備える場合、複数のレーザ加工ヘッドの少なくとも何れかを用いて上述のレーザ加工を実施してもよい。
上記実施形態では、反射型空間光変調器34を採用したが、空間光変調器は反射型のものに限定されず、透過型の空間光変調器を採用してもよい。上記実施形態では、対象物100の種類、対象物100の形状、対象物100のサイズ、対象物100が有する結晶方位の数及び方向、並びに、対象物100の主面の面方位は特に限定されない。
上記実施形態では、対象物100の裏面100bをレーザ光入射面としたが、対象物100の表面100aをレーザ光入射面としてもよい。上記実施形態では、改質領域4は、例えば対象物100の内部に形成された結晶領域、再結晶領域、又は、ゲッタリング領域であってもよい。結晶領域は、対象物100の加工前の構造を維持している領域である。再結晶領域は、一旦は蒸発、プラズマ化あるいは溶融した後、再凝固する際に単結晶あるいは多結晶として凝固した領域である。ゲッタリング領域は、重金属等の不純物を集めて捕獲するゲッタリング効果を発揮する領域であり、連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。上記実施形態は、アブレーション等の加工へ適用されてもよい。
上記実施形態では、ビーム回転角度は特に限定されず、加工進行方向から傾く角度であればよい。上記実施形態では、対象物100に照射されるレーザ光L1の偏光方向は特に限定されないが、例えば偏光方向は加工進行方向に沿う方向としてもよい。レーザ光L1の偏光方向は、種々の公知技術により調整できる。
上述した実施形態及び変形例における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。また、上述した実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。
1,101…レーザ加工装置、4…改質領域、6,300…移動機構、9…制御部、10A,10B…レーザ加工ヘッド(照射部)、34…反射型空間光変調器(成形部)、71…ビーム形状(集光領域の一部の形状)、100…対象物、100a…表面、100b…裏面(レーザ光入射面)、107…ステージ(支持部)、108…Y軸レール(移動機構)、111…GUI(入力部)、L1…レーザ光(レーザ光)、M1…仮想面、M4…ライン(加工用ライン)。
Claims (7)
- 対象物に集光領域の一部を合わせてレーザ光を照射することにより、前記対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記対象物を支持する支持部と、
前記対象物に前記レーザ光を照射する照射部と、
前記対象物の内部において前記集光領域の一部が前記仮想面に沿って移動するように、前記支持部及び前記照射部の少なくとも一方を移動させる移動機構と、
前記支持部、前記照射部及び前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
前記照射部は、前記レーザ光の光軸に垂直な面内における前記集光領域の一部の形状が長手方向を有するように前記レーザ光を成形する成形部を有し、
前記長手方向は、前記集光領域の一部の移動方向と交差する方向である、レーザ加工装置。 - 前記長手方向は、前記集光領域の一部の移動方向に対して45°以上傾いた方向である、請求項1に記載のレーザ加工装置。
- 前記長手方向は、前記集光領域の一部の移動方向の垂直方向に沿う方向である、請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。
- 前記集光領域の一部の形状は、楕円率が0.88~0.95の形状である、請求項1~3の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
- 前記制御部は、前記対象物において周縁から内側に向かって渦巻き状に延在する加工用ラインに沿って、前記集光領域の一部を相対的に移動させ、前記対象物の内部に前記改質領域を形成する、請求項1~4の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
- ユーザから、前記集光領域の一部の形状に関する情報、前記集光領域の一部の移動方向に対する傾きに関する情報、及び、前記成形部の設定に関する情報のうちの少なくとも何れかの入力を、ユーザから受付け可能な入力部を備え、
前記制御部は、前記入力部の入力に基づいて、前記支持部、前記照射部及び前記移動機構を制御する、請求項1~5の何れか一項に記載のレーザ加工装置。 - 対象物に集光領域の一部を合わせてレーザ光を照射することにより、前記対象物の内部において仮想面に沿って改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記対象物に前記レーザ光を照射する照射工程と、
前記対象物の内部において前記集光領域の一部が前記仮想面に沿って移動するように、前記対象物を支持する支持部及び前記対象物に前記レーザ光を照射する照射部の少なくとも一方を移動させる移動工程と、を備え、
前記照射工程は、前記レーザ光の光軸に垂直な面内における前記集光領域の一部の形状が長手方向を有するように前記レーザ光を成形する成形工程を有し、
前記長手方向は、前記集光領域の一部の移動方向と交差する方向である、レーザ加工方法。
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